地锚式混凝土斜拉桥换索结构分析及施工工艺研究

发布时间：2020-07-28 08:40

【摘要】：由于斜拉索的防护技术不尽完善,拉索施工质量不过关或养护不当,在桥梁运营若干年后,不可避免地会出现斜拉索腐蚀问题,使得一些斜拉桥不得不换索,以保证桥梁安全和继续运营。换索工程的关键在于对索力、挠度、应力等参数进行同步控制,目前对于换索的研究相对较少。本文以地锚式混凝土斜拉桥——郧县汉江大桥的换索及维修工程为背景,围绕换索结构分析以及施工工艺展开深入研究,为今后类似桥型的换索施工提供了一定的参考和依据。本文具体工作如下:(1)对换索优化理论进行分析,以此为基础,结合地锚式斜拉桥的特点,采用最小余能原理,提出了通过换索改善桥面和主塔线形以及主梁内力的理论与方法。(2)考虑斜拉桥的非线性因素,利用有限元软件MIDAS/CIVIL建立地锚式斜拉桥的全桥模型,并通过调索、施加荷载等技术手段调整模型,使模型中桥面线形与索力接近实际结构的线形与索力。结合施工环境,考虑温度的影响,对不同的换索工况进行模拟计算,研究换索时索力重分配及主梁线形、应力变化情况,分析各工况下结构的安全性,得出合理的换索顺序。(3)跨中无轴力铰作为在地锚式斜拉桥中使用的新技术,其受力非常复杂,采用有限元软件ABAQUS建立无轴力铰实体模型,在MIDAS/CIVIL全桥模型的基础上,考虑换索时的实际工况,分析换索过程中无轴力铰受力性能以及安全性。(4)以郧县汉江大桥的换索施工实践、施工监控监测数据及计算结果为依据,对地锚式斜拉桥换索工程的施工工艺进行了总结和探讨。本文分析表明:郧县汉江大桥换索施工应以先长索后短索的顺序进行,在卸长索时采用单塔对称、双塔先后反对称一次更换两根斜拉索的施工顺序进行换索,卸除短索和中长索时可以单塔对称、双塔反对称一次更换四根斜拉索。整个换索过程中无轴力铰结构都处于安全状态,但温度的作用对跨中无轴力铰结构受力的影响不容忽视。全桥换索后结构受力状态得到改善,满足安全运营要求。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U445.4;U448.27
【图文】：

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图 1-1 苏通大桥由于混凝土廉价且便于取材，随着预应力混凝土施工技术的提高，20 世纪70 年代末，预应力混凝土斜拉桥迅速发展，其中比较典型的有 1977 年修建的跨度为 320m 的法国 Brotonne 桥；西班牙的 Barriors de Luna 桥修建于 1983 年，其跨度超过当时最大跨度 404m 的法国圣·纳泽尔钢斜拉桥，主跨达到 440m；1991年修建于挪威的斯卡恩圣特桥，主跨达 530m，跨度超过了同时期所有种类的斜拉桥。除以上这些桥外，还有一些预应力混凝土斜拉桥也是比较有特色的世界名桥，如加拿大的 ALRT 桥，阿根廷的 P-E 桥，美国的 Sunshine Skyway 桥，P-K桥，East Huntington 桥，Dames Point 桥，墨西哥的 Coatzacoalcos 桥以及挪威的Helgeland 桥等。国内已建的斜拉桥大多数以混凝土斜拉桥为主，1975 年建成通车的四川省云阳桥是我国的第一座斜拉桥，该桥的修建成为我国建造斜拉桥的开端。安徽铜陵长江大桥修建于 1995 年，跨径达 432m，是当时建成的全球跨径最大的混凝土斜拉桥，该桥的建成表明我国混凝土斜拉桥的修建技术已经达到世界先进

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图 1-2 郧县汉江大桥总的来说，国内对地锚式斜拉桥的研究与国外还有较大差距，而且国内尚无学者对地锚式斜拉桥的换索过程进行分析，因此研究地锚式斜拉桥换索过程中结构的受力及施工工艺是非常有必要和意义的。1.5 本文主要研究内容斜拉桥在近几十年中得到了飞速发展，斜拉索的腐蚀使得一些斜拉桥不得不进行换索，本文结合地锚式斜拉桥换索工程主要开展的工作如下：（1）对现有换索优化理论进行整理，将索力优化理论作为基础，结合地锚式斜拉桥的特点，采用最小余能原理，建立了通过换索改善地锚式斜拉桥桥面线形以及主梁内力的理论与方法。（2）考虑斜拉桥的非线性因素，利用有限元软件 MIDAS/CIVIL 建立郧县汉江大桥的全桥模型，以斜拉桥换索前实测的桥面线形和索力为基准，通过调

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以最常见的双塔三跨斜拉桥为例，假设桥梁结构对称，其桥跨结构简易图如图 2-1 所示。该桥在运营若干年后，由于多种因素的影响，主梁实际内力为弯矩 Ma，轴力 Na，剪力 Qa，其设计内力为弯矩 Md，轴力 Nd，剪力 Qd，实际结构的主梁标高与设计标高存在的偏差值为 g(i)。索力调整的控制条件是使调索后结构的内力尽可能接近理想状态，最终目标是使主梁线形得到改善。

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