高低塔平转斜拉桥施工过程索力优化研究

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高低塔斜拉桥造型新颖、形式美观,在跨越既有铁路和公路时,可以采用平转法施工,使得在相同跨度下可以获得合理、经济的桥跨布局,成为我国平原地区有竞争力的桥型之一。本文以保定市高低塔斜拉桥为工程背景,针对采用支架法和平转法结合施工的大吨位、长悬臂、不对称的斜拉桥结构体系,进行施工过程索力优化研究;并重点分析了支架上张拉斜拉索过程的结构受力、变形规律及索力优化。本文的主要研究内容及结论为:
  (1)总结了国内外高低塔斜拉桥、平转法和索力优化的发展概况及研究现状。鉴于采用支架-平转结合施工的高低塔斜拉桥成桥受力状态和施工方法的特殊性,其成桥阶段和施工过程的索力优化需要进一步研究。
  (2)通过对支架-平转结合施工方法与悬臂浇筑法差异性和相似性的研究,推导了支架上张拉斜拉索时主梁内力公式,提出了该阶段主梁有效应力不确定性和脱架时机不确定性问题。然后,根据结构预期状态,制定了主要施工阶段结构受力控制目标。最后,根据支架-平转结合施工方法的特点,提出了该类斜拉桥基于正装分析法进行索力优化的思路和相应阶段的索力优化原则。
  (3)针对高低塔混凝土斜拉桥在满堂支架上进行主梁现浇和斜拉索初张时的特殊性,推导了考虑摩阻力时主梁有效应力计算公式;并对支架模板摩阻力、不同落架顺序、斜拉索与主梁间温差、主梁日照竖向温度梯度和主梁现浇混凝土水化热效应等因素对主梁应力、索力和主梁线形的影响规律进行了深入研究。发现前四个因素对斜拉索初张及落架阶段的结构受力和变形有一定影响;并且在索力优化时,应考虑上述因素耦合作用的影响。
  (4)提出了高低塔混凝土斜拉桥合理成桥状态的优化方法和合理转体状态的确定方法。然后,在梁单元分析“失真”的情况下,可采用实体单元辅助分析塔梁固结区域主梁的应力状态,减少经验法判断的不足。最后,在考虑多因素耦合作用下,进行了支架上斜拉索初张过程的索力优化研究。
  (5)提出了斜拉桥二期调索阶段的索力多目标优化方法,通过数学模型和fgoalattain多目标优化函数的合理使用,可以实现“既要求与目标值误差最小,又要求被调索数量最少”的目标。最后,进行了斜拉桥二期调索阶段索力优化研究。
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