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钢管混凝土拱桥具有强度高、延性好、耐冲击、施工时可将空钢管作为核心混凝土的模板等诸多优点,在中国得到大力发展。迄今为此,国内绝大多数钢管混凝土拱桥采用缆索吊装悬臂拼装法施工。然而,随着拱桥跨度的不断增大,相应的吊装节段数也随之增多。受到制造精度、索力误差、温度效应以及测量误差等影响,在悬臂拼装过程中拱段的实测变形与理论值间总会存在偏差,若不进行控制与调整,误差逐渐累积势必造成线形偏差过大甚至合龙困难。因此,拱肋线形的实时调控与误差分析就显得十分重要。本文以四川犍为岷江特大桥(主跨径458m)为依托工程,开展以下研究工作:
①针对传统索力优化方法中存在约束条件多、求解复杂、优化索力值与施工预抬值波动大的问题,将“基于影响矩阵的索力优化法”应用于依托工程的索力计算中,并进一步在已有的索力优化算法中引入拱肋预抬量的位移影响矩阵,以实现对施工过程中的拱肋线形与成拱线形的双重控制。
②围绕钢管拱施工中出现的误差来源与类型,分析拱肋制作长度误差、封铰阶段的安装误差、塔架偏位、温度误差对拱肋线形及应力的影响,推导出上述误差对拱肋线形影响的理论公式;研究垫塞钢板对拱肋线形的影响,通过坐标修正来模拟钢板垫塞过程,并编制了相应的ANSYS命令流程序。
③开展钢管拱吊装过程中设计参数的敏感性分析,探讨最小二乘法在单参数估计与多参数混合估计中的应用;针对误差调控中可以直接被识别的参数,提出相应的控制策略;针对拱肋制造长度与测点移动而引起的线形控制误差,提出用几何分析法对测点真实位置的张拉标高进行动态修正的控制方法,并将该方法运用于依托桥梁的施工控制中。
④针对钢管拱吊装过程中出现无法避免的安装误差,提出基于影响矩阵与最小二乘法的拱肋线形误差实时调控方法,通过影响矩阵建立索力调整量与施工预抬值及成拱位移的关系,直接求得调整后的位移结果并将其作为施工控制的依据;并进一步提出标高控制的“可行域”控制法,实现对拱肋合理线形的实时判别。
⑤针对合龙前可能出现的二次调索问题,应用了以索力调整量最小的索退出调整的调索方法,以解决传统索力调整方法中调索次数过多的问题;最后结合灰色系统理论,开展拱肋安装过程索力预测机制的研究。
①针对传统索力优化方法中存在约束条件多、求解复杂、优化索力值与施工预抬值波动大的问题,将“基于影响矩阵的索力优化法”应用于依托工程的索力计算中,并进一步在已有的索力优化算法中引入拱肋预抬量的位移影响矩阵,以实现对施工过程中的拱肋线形与成拱线形的双重控制。
②围绕钢管拱施工中出现的误差来源与类型,分析拱肋制作长度误差、封铰阶段的安装误差、塔架偏位、温度误差对拱肋线形及应力的影响,推导出上述误差对拱肋线形影响的理论公式;研究垫塞钢板对拱肋线形的影响,通过坐标修正来模拟钢板垫塞过程,并编制了相应的ANSYS命令流程序。
③开展钢管拱吊装过程中设计参数的敏感性分析,探讨最小二乘法在单参数估计与多参数混合估计中的应用;针对误差调控中可以直接被识别的参数,提出相应的控制策略;针对拱肋制造长度与测点移动而引起的线形控制误差,提出用几何分析法对测点真实位置的张拉标高进行动态修正的控制方法,并将该方法运用于依托桥梁的施工控制中。
④针对钢管拱吊装过程中出现无法避免的安装误差,提出基于影响矩阵与最小二乘法的拱肋线形误差实时调控方法,通过影响矩阵建立索力调整量与施工预抬值及成拱位移的关系,直接求得调整后的位移结果并将其作为施工控制的依据;并进一步提出标高控制的“可行域”控制法,实现对拱肋合理线形的实时判别。
⑤针对合龙前可能出现的二次调索问题,应用了以索力调整量最小的索退出调整的调索方法,以解决传统索力调整方法中调索次数过多的问题;最后结合灰色系统理论,开展拱肋安装过程索力预测机制的研究。