多塔自锚式悬索桥体系转换分析研究

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多塔自锚式悬索桥以其造型优美且跨越能力大而备受青睐。体系转换是多塔自锚式悬索桥建造过程中的重点和难点,一方面已建成多塔自锚式悬索桥较少,体系转换方案设计方面研究较少;另一方面该过程伴随着多重非线性耦合,加之温度变化、施工临时荷载及施工误差等施工现场不确定因素的影响,分析难度大。目前常用的有限元分析方法虽然能够全面模拟施工过程中结构响应的动态演化,但是这种分析方法对先前施工阶段累积分析依赖性大。当需要根据现场情况实时调整体系转换方案时,常用的有限元方法分析过程繁琐、耗时长且不易收敛。解析法以其原理清晰且容易调整的特点,较多应用于成桥主缆找形以及空缆架设分析,但是在体系转换分析方面研究较少,有待进一步研究。为了对多塔自锚式悬索桥体系转换进行分析研究,首先,提出了用于多塔自锚式悬索桥“先粗后精”的吊索张拉方案设计方法,以“吊索索力”和“鞍座偏位”为主要控制指标,在保证两个主要指标满足要求的基础上,只需对初拟方案进行微调,便可保证所有控制指标均满足要求,设计出一套安全、高效、经济的体系转换方案。然后,运用此方法,以本文依托工程为例,设计了2套可行的吊索张拉方案,采用有限元分析方法分析了2套方案张拉过程中的结构响应。接着,提出了可以考虑施工环境温度变化的独立施工过程改进分析方法(CP-IS/T),通过建立缆索系统(主缆和吊索)的解析解答与塔梁系统(索塔和主梁)非线性有限元解答的交互框架,可以方便、快速地分析任意独立施工阶段的结构响应。对比了CP-IS/T方法与传统有限元方法分析结果,验证其优越性。最后,采用CP-IS/T方法分析温度效应对体系转换过程中的结构响应变化规律,以便快速判断现场环境温度下的施工状态合理性;针对施工现场实时方案调整的需求,提出了基于CP-IS/T方法的温度影响下的体系转换方案快速调整流程。结果表明,依托工程的体系转换方案安全、高效且经济,该过程中吊索、主缆、索塔以及主梁总体安全,吊索力的变化规律和主缆的变化规律分别符合“强相干性”和“弱相干性”;温度影响可能导致拟定方案中部分施工阶段张拉控制指标超限,CP-IS/T方法可以对这些施工阶段进行独立分析优化,比传统的有限元分析方法效率高、收敛快,可用于指导此类工程的体系转换分析研究。
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