【摘要】：拱橋一直是我國(guó)橋梁建設(shè)中歷史最為悠久的一種橋型,隨著拱橋向著長(zhǎng)、大化方向的發(fā)展,在拱橋理論、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等各個(gè)方面仍舊有許多亟待解決的問題。目前國(guó)內(nèi)對(duì)鋼桁架拱橋的研究較為缺乏,對(duì)于采用纜索吊裝斜拉扣掛法施工的鋼桁拱橋,索結(jié)構(gòu)作為關(guān)鍵構(gòu)件,其值的計(jì)算與優(yōu)化研究還比較少。本文以在建的香溪長(zhǎng)江大橋?yàn)檠芯勘尘?基于無應(yīng)力合龍目標(biāo),開展了大跨度鋼箱桁架拱橋施工控制的索力優(yōu)化分析研究,主要內(nèi)容有:1.為了使懸臂拼裝鋼桁架拱橋合龍后的線形與一次落架的裸拱線形一致,提出基于無應(yīng)力狀態(tài)法的線形控制方法,該方法的核心是控制拱肋節(jié)段的無應(yīng)力拼裝。明確合龍段無應(yīng)力合龍的目標(biāo)為控制預(yù)留合龍口的幾何尺寸,使其滿足合龍段的無應(yīng)力長(zhǎng)度和無應(yīng)力曲率的要求,為達(dá)到該目標(biāo),對(duì)索力進(jìn)行優(yōu)化控制。基于拱橋普遍使用的纜索吊裝斜拉扣掛法,對(duì)扣錨索索力的優(yōu)化計(jì)算進(jìn)行介紹,根據(jù)斜拉橋的索力優(yōu)化經(jīng)驗(yàn),提出了拱橋施工中的扣錨索索力優(yōu)化方法;2.以香溪長(zhǎng)江大橋工程為背景,采用Midas civil建立主拱、扣塔與扣錨索的有限元模型,通過設(shè)置完整的施工步驟進(jìn)行模擬分析,根據(jù)分析結(jié)果提取索力組和對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)變化值,通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練建立兩者之間的非線性關(guān)系,此函數(shù)關(guān)系的擬合功能用以實(shí)現(xiàn)遺傳算法個(gè)體適應(yīng)度的評(píng)價(jià),通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合遺傳算法,運(yùn)用目標(biāo)函數(shù)將索力優(yōu)化問題轉(zhuǎn)變?yōu)闃O小值求解問題。這種優(yōu)化方法根據(jù)MATLAB編制優(yōu)化計(jì)算程序,該程序在給定期望合龍口位移偏差、扣塔偏位容許值等約束條件下,利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)建立索力與合龍口位移之間的映射關(guān)系,最后通過遺傳算法尋找滿足合龍口期望位移值的最優(yōu)索力值;3.將最優(yōu)的索力值代入有限元模型中進(jìn)行施工階段仿真分析,得到合龍后的成拱線形,并將該線形與一次落架的裸拱線形進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明,采用本文優(yōu)化方法得到的成拱線形與一次落架的裸拱線形非常吻合。這表明采用本文提出的索力優(yōu)化方法合理有效,不僅為該橋的施工控制提供了科學(xué)的方法,而且為其他懸臂拼裝橋梁的索力優(yōu)化分析提供了借鑒;4.根據(jù)以無應(yīng)力合龍為目標(biāo)進(jìn)行計(jì)算得出的索力優(yōu)化結(jié)果,進(jìn)行無應(yīng)力索長(zhǎng)的計(jì)算,實(shí)現(xiàn)施工過程中拱肋節(jié)段的無應(yīng)力狀態(tài)量不變,從而保證合龍后的拱肋在扣錨索拆除后的線形與一次落架裸拱線形達(dá)到一致。
【學(xué)位授予單位】：武漢輕工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U448.22
【圖文】：

伊茲（Eads）橋

的公鐵兩用鋼桁架拱橋，采用了懸臂法架設(shè)施工。鋼材在拱橋上成功應(yīng)用之后，越來越多的剛拱橋如雨后彩虹般相繼出現(xiàn)，1917 年，在美國(guó)紐約建成了鋼拱橋發(fā)展歷史上具有里程碑意義的地獄門（Hell gate）橋，在這半世紀(jì)的歷史進(jìn)程中，其主跨跨徑相比伊茲橋增加近一倍，是世界上建成最早的大跨鋼拱鐵路橋[2]。在 1932 年，澳大利亞建成的悉尼灣大橋采用了與地獄門橋的一樣的橋型，為中承式公鐵兩用橋，且其主跨達(dá)到了 503m，是國(guó)外大于 500m 的三座鋼桁架拱橋之一。另外兩座 500m 以上的鋼桁架拱橋分別是 1931 年建成的美國(guó)貝永（Bayanne）橋（中承式拱橋，主跨為 504m）與 1977 年建成的新河谷（New River Gorge）橋（上承式鋼桁架拱橋，主跨為 518.2m）。下面分別介紹這三座大跨鋼桁架拱橋：新河谷橋（圖 1.2）是目前為止國(guó)外最大的鋼拱橋，它是 1977 年建成的上承式鋼桁架拱橋，主跨 518.2m，橋?qū)?22m，橋面距離水面 267m，其引橋橋墩結(jié)構(gòu)采用變截面的鋼箱柱，箱型柱上小下大，具有較高的穩(wěn)定性，新河谷橋橋面系梁為連續(xù)鋼桁梁結(jié)構(gòu)，抗風(fēng)性能好，且橋梁結(jié)構(gòu)形式纖細(xì)輕巧，猶如展翅的飛燕橫亙于新河谷之上，其次，由于采用了耐候鋼進(jìn)行施工建設(shè)，新河谷橋無需養(yǎng)護(hù)。因此，新河谷橋也成了美國(guó)弗吉尼亞州的標(biāo)志之一。

貝永（Bayanne）橋

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2793180