索鞍无预偏施工钢混叠合梁悬索桥全过程时变效应分析
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摘要
悬索桥是一种高次超静定柔性结构,其施工方法独特,结构受力、变形表现为显著的几何非线性,对温度变化、混凝土收缩徐变非常敏感。为使施工过程中和成桥后的实际状态最大限度的接近设计理想状态,时变效应作为一个敏感性因素,必须加以认真研究,及时进行修正。
     本文通过对索鞍无预偏施工悬索桥结构受力特点的分析,全面阐述了索鞍无预偏施工悬索桥的计算理论,确定了成桥线形和主缆无应力长度的计算方法,采用基于悬索力学的解析迭代法和基于有限位移理论的有限元方法,系统地论述了基于索鞍无预偏施工悬索桥的主索下料长度,空缆状态及空缆标高,加劲梁吊装阶段的主塔受力、变形及锚跨张拉时机与张拉量。
     论文在建立徐变收缩数学模型的基础上,通过老化理论分析、有限元逐步分析,根据实测的应变,利用平面假定,扣除混凝土收缩、徐变的影响,进而得出混凝土实际的弹性应变;在分析温度荷载的基础上,通过热传导理论,借助傅立叶热传导方程,假定边界温度函数,求解出结构的瞬态温度场,得出温度应力的实用计算方法。
     论文以云南省祥临公路澜沧江索鞍无预偏施工钢混叠合加劲梁悬索桥工程为依托,研究了从裸塔状态到猫道施工状态、挂缆状态、加劲梁吊装状态整个过程的索塔偏位的成因及计算方法,分析了时变效应的影响,得出了计算混凝土实际应力的方法;结合该依托工程的特点和地理环境,制定了索塔、猫道、主缆、加劲梁的测温方案,通过对悬索桥温控计算方法的分析,得出最不利温度梯度求解公式,根据无应力索长恒定不变的原理,求解出温度作用下的主缆中、边跨垂度,并给出主缆索股调整的具体方法。分析了温度和混凝土收缩、徐变对加劲梁及成桥状态的影响,通过对锚跨张力、吊索拉力及长度、叠合梁标高的实时控制与调整,保证了主塔受力、索股间不平衡力、索股最大允许应力在控制范围内,成桥线形达到设计要求。
     通过依托工程的具体应用,证明了本文研究的理论计算方法和时变效应分析方法的可靠性和有效性,本文得出的结论对大跨径悬索桥的设计、施工及施工控制提供了理论参考。
Suspension bridge, a multi-hyperstatic and flexible structure, whose construction method is special. Due to the geometrically nonlinear load-deflection relationship, it is very sensitive to the influence of temperature and creep and shrinkage of concrete. In order to make the actual condition in the state of construction and completion approximate the designed ideal state best, time-dependent affection, as a sensitive factor, must be taken into studying conscientiously and then modifying in time.The calculation theories is systematic explained, the method of the line-type of completion state, zero-stress length of suspender is put forward by analysing the stress of the suspension bridge built by non-pre-bias of cable-addle. The fabrication length of the main cable, initial cable construction state and initial cable height, the stress of main tower in the stage of erecting stiffening-girder and anchor span strand jack time and displacement is systematically discussed by analytical iterative method based on mechanics of suspension bridge and the FEM method based on finite displacement theory.The paper employs the mathematic model of creep and shrinkage of concrete. Basing assumption of plane cross section, applying the aging theory and the finite element method, subtracting the portion of creep and shrinkage of concrete from the measured strains, then the real elastic strains of concrete is obtained. Analysing temperature loads effect, applying the heat-conduction theory and Fourier equation of heat-conduction, assuming border temperature function, the transient temperature field of structure is solved and the practical calculation method of temperature stress is obtained.Based on the project of LanChanGiang steel-concrete overlapping stiffening girder suspension bridge built non-pre-bias of cable-addle in XiangYun-LinChang Highway in YunNan Province, the cause of the pylon tower deviation and calculation method is studied during the whole process-from nake tower to constructing the catwalk, to hanging the cable, to erecting the stiffening girder. It analyses the time-dependent
    affection, and puts calculation method of the elastic stresses of concrete forward. Combining the characteristics of the project and the Geographical environments, the temperature measurement scheme of tower> catwalk and main cable is given. By studying on the calculation method for temperature control, the formula for the worst-case temperature gradient is put forward. On the basis of the principle of invariable of zero-stress length of suspender, it solves that the slack of suspender under temperature loads and provides the detailed method of the cable adjustment of the suspender. The influence of the temperature and creep and shrinkage of concrete on stiffening girder and the state under dead loads is analysed. It assures the stress of tower, the unbalanced force between the cables and the maximum stress is under control through the real-time control and adjustment of anchorage cable tension, the stress of suspension cable and the level of stiffening girder. And the line-type of the state under dead loads is accorded with the designed requirement.The application in this project proves that the theory, the calculation method and the analytical method of time-dependent in this paper is reliable and valuable The conclusion in this paper provides references to design, construction and construction control of long span-suspension bridge.
引文
[1] 严国敏编著.现代悬索桥.人民交通出版社,2002
    [2] Bathe Klaus-Jurgen,"Finite Element Procedures in Engineering Analysis", Pentice-Hall, Inc, 1982
    [3] 钱冬生 陈仁福.大跨径悬索桥设计与施工.西南交通大学出版社,1992
    [4] 徐君兰.大跨度桥梁施工控制.人民交通出版社,2000
    [5] 郑宪政.悬索桥架设过程的结构分析.铁道工程学报,1998.9
    [6] 铁道部大桥局桥梁科学研究所编.悬索桥.科学技术与文献出版社
    [7] 苏善根.大跨径悬索桥技术考察报告.公路,第12期,1992
    [8] 徐岳等.悬索桥施工控制方法的研究.西安公路交通大学学报,Vol.17,No.4,1997
    [9] 刘健新 胡兆同.大跨度吊桥.人民交通出版社,1996
    [10] 李国豪.桥梁结构振动与稳定.中国铁道出版社,1996
    [11] Stephen G Buonopane et al: Theory and History of suspension Bridge Design from 1823 to 1940 ASCE, J. struct. Engry, Vol. 119, No. 3, March, 1993
    [12] Saafan S. A: Theoretical Analysis of Suspension Bridges, Joumal of Structural Engineer, Vol. 92, ST4, 1966, ASCE
    [13] Ciming N J,《Cable supported bridges》[M], Chichester: John Wily, 1983
    [14] Irvine H Max,《cable structure》, Massachusetts; The MIT Press Cambridge, 1981
    [15] S. A. Saafan, Theoretical analysis of suspension bridge, ASCE, 94, ST4, 1996
    [16] E. Huntly, A curved element for the analysis of eale structures, computers & struchures, 1981
    [17] Trvor J. Poskitt, Structure analysis of suspension bridges, ASCE, ST 1, 1966
    [18] Bathe Klaus-Jurgen,"Finite Element Procedures in Engineering Analysis", Pentice-Hall, Inc, 1982
    [19] H. Yasui, H. Marukawa, J. Katagiri, A. Katsumura, Ytamura, K. Watanabe, Study of wind-induced response of long-span structure. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 1999
    [20] P. A. Irwin, The role of wind tunnel modeling in the prediction of wind efects on bridges, Bridge Aerodynamics, 1998
    [21] 潘永仁 范立础.大跨度悬索桥加劲梁架设过程的倒拆分析方法.同济大学学报,2001年5月,29卷5期
    [22] 潘家英 程国庆.大跨度悬索桥有限位移分析.土木工程学报,Vol27,第1期,1994
    [23] 郑宪政.悬索桥结构分析的有限位移理论.桥梁建设,第1期,1995
    [24] 李富文 沈锐利.悬索桥的非线性静力分析.桥梁建设,第1期,1989
    [25] 沈锐利.悬索桥主缆系统设计及架设计算方法研究.土木工程学报,第2期,1996
    [26] 史建三.悬索桥大缆架设计算的索长分析法.桥梁建设,1993,4
    [27] 黄平明 梅葵花 孙胜江.大跨径悬索桥猫道承重索施工控制计算方法.中国公路学报,Vol.13,No.3,2000
    [28] 孙胜江 梅葵花 黄平明.宜昌长江公路大桥猫道施工控制.中国公路学会和结构工程学会2000年桥梁学术讨论会论文集.人民交通出版社,2000
    [29] 黄平明 梅葵花 徐岳.大跨径悬索桥主缆系统施工控制计算.西安公路交通大学学报,Vol.20,No.2,1999
    [30] 梅葵花.悬索桥主缆施工监控的研究.西安公路交通大学硕士论文,2000
    [31] 孙胜江.悬索桥钢箱梁吊装施工监控研究.长安大学硕士论文,2001
    [32] 肖恩源.悬挂索等效轴向刚度在吊桥加劲梁安装计算中的应用.公路,No.6,1999
    [33] 张劲泉等.虎门大桥悬索桥上部构造施工监测与控制技术研究.虎门大桥工程.科学出版社
    [34] 吕建鸣.大跨度悬索桥施工控制分析.公路交通科技,No.11,1994
    [35] 郑宪政.大跨悬索桥加劲梁架设过程静力特性分析.公路,第2期,1996
    [36] 范立础等.桥梁结构徐变次内力分析.同济大学学报,1991.3
    [37] 贺拴海.桥梁结构理论与计算方法.人民交通出版社,2003
    [38] 陈文华 蔡键.斜拉桥索力测试的方法.华东公路,No.110,1998.2
    [39] 方志 张智勇.斜拉桥的索力测试.中国公路学报,Vol.10,No.1,1997
    [40] 郭友良等.武汉长江二桥的索力、温度和应力测试.桥梁建设,第3期,1995
    [41] 王蒂.悬索桥施工控制理论及软件研究.长安大学硕士论文,2002
    [42] 向中富编著.桥梁施工控制技术.人民交通出版社,2001
    [43] Ansys使用手册.非线性分析指南
    [44] MIDAS技术手册.索单元理论
    [45] 王慧东.悬索桥施工控制分析与恒载初内力分析的解析迭代法.桥梁建设,第1期,1994
    [46] 陈刚.振动法测索力与实用公式.福州大学硕士论文,2004
    [47] 刘成龙等.大跨径悬索桥施工索塔变形成因分析与观测
    [48] 许汉铮.大跨径悬索桥主缆锚跨张力控制.长安大学学报,2003
    [49] 牛和恩.虎门大桥工程.北京:人民交通出版社,1998
    [50] [日]鹫津久一郎.老亮 郝松林译.弹性和塑性力学中的变分法.北京:科学出版社,1984
    [51] 章卫国.先进控制理论与方法导论.西安:西北工业大学出版社,2000
    [52] 郑信光.桥梁节段施工过程的徐变分析.上海:同济大学学报,1991.3
    [53] 钱学森 宋健.工程控制论.北京:科学出版社,1983
    [54] 邬晓光等.刚架桥.北京:人民交通出版社,2001
    [55] 徐光辉.预应力混凝土刚架桥.北京:人民交通出版社,1995
    [56] 雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计.北京:人民交通出版社,2000
    [57] 王重华.结构力学.北京:人民交通出版社,1999
    [58] 金成棣.混凝土徐变对超静定结构变形及内力的影响.土木工程学报,1984.3
    [59] 周虑 陈永春.收缩徐变.北京:中国铁道出版社,1994
    [60] 吕建鸣.大跨度悬索桥施工控制分析.北京:公路交通科技,1994.11
    [61] 陈德伟等.混凝土斜拉桥的施工控制.北京:土木工程学报,1993.1
    [62] 周孟波 主编.悬索桥手册.人民交通出版社,2003
    [63] 小西一郎土编.钢桥(第五册).人民铁道出版社,1981年
    [64] 秦宝华.江阴长江大桥主缆施工技术.建筑施工,第23卷
    [65] 黄耀怡.大跨度悬索桥技术概要及通用施工方法.铁道建筑技术.1998年第1期
    [66] 周水兴等编著.路桥施工计算手册,2001
    [67] 田启贤.悬索桥非线性结构分析.桥梁建设.1998年第2期
    [68] 唐茂林 沈锐利 强士中.大跨径悬索桥丝股架设线形计算的精确方法.西南交通大学学报.2001年,第36卷第3期
    [69] 文武松 王邦楣.斜拉桥施工阶段监测监控的内容与方法.武汉:桥梁建设,1999.4
    [70] 刘来君等.云南大保高速公路桥梁施工监控报告,2002.9
    [71] 孙宝俊.混凝土徐变理论的有效模量法.北京:土木工程学报,1991.3
    [72] 刘兴法.混凝土结构的温度应力分析.北京:人民交通出版社,1991
    [73] 刘来君.大跨径桥梁施工控制温度应力分析.中国公路学报,2004.1
    [74] 刘来君.大跨径桥梁施工控制混凝土徐变、收缩应力分析.全国桥梁学术会议论文集,2002.10
    [75] 徐岳 鲜正洪 张劲泉.悬索桥加劲梁架设阶段灰色控制系统的研究.西安公路交通大学学报,1998年1月,18卷1期
    [76] 徐岳 鲜正洪 张劲泉.灰色控制系统在悬索桥加劲梁架设阶段的应用.西安公路交通大学学报,1998年4月,18卷2期
    [77] 林长川.现代悬索桥技术的若干进步.公路,1996.2
    [78] 肖因源.索的特性.公路,1997.5
    [79] 华有恒.柔索长度计算.桥梁建设,1989.3
    [80] 林一宁等.悬索桥架设期间主缆温度测试研究.桥梁建设,1997.3
    [81] 大岛大桥主缆施工.国外桥梁,1993.3
    [82] 刘波 郑明珠.施工猫道设计.虎门大桥工程
    [83] 郑明珠 刘波.吊索结构设计.虎门大桥工程
    [84] 王正仪 吴士清.杨浦大桥上部结构施工温度监测.桥梁建设,1994.2
    [85] 段明德.桥规中徐变系数的计算和应用.中国公路学报,1998.10
    [86] 平野 信一等.大岛大桥架设工事.本四技报,No.44,1987.10
    [87] 建築业協会.PC桥设计.真和印刷株式会社,1991
    [88] 月良田博等.河架桥吊桥设计.桥梁&都市,2000.1
    [89] 佐藤富司男.岛山大桥设计施工.桥梁&都市,2000.3
    [90] 谷中幸和.本四架桥21世纪维持管理.桥梁&都市,2000.9
    [91] 平野信一等.来岛大桥设计.施工[J].桥梁基础,1997.6

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