摘要
随着国民经济飞速发展和施工技术不断革新，桥梁建设日新月异，各种桥梁层出不穷，现代桥梁的跨越能力和主梁宽度也在不断增加，大跨径、更宽、更轻巧是现代主流桥梁的发展特点，流线型扁平钢箱梁斜拉桥以构造美观、跨越能力强、自重轻盈、工期短、整体性强、抗弯抗扭刚度大、施工环境影响小等特点，逐渐成为现代桥梁的首选形式。宜宾临港长江大桥为半漂浮体系超宽钢箱梁斜拉桥，是自锚式多次超静定结构，采用双施工工艺施工，施工步骤繁多复杂，受温度、荷载影响较大，同时其大跨度和超宽截面的特性，大大增加了施工可控的难度，为保证桥梁能精确合龙，最终成桥状态满足设计要求，必须进行跟踪模拟计算分析，对每个施工工序进行严格把控。 本文以临港长江大桥为工程背景，对超宽钢箱梁斜拉桥边跨顶推施工、中跨悬臂拼装施工过程中结构力学特性进行研究，基于Midas/Civil、Midas/Fea有限元分析软件，就“顶推法”跟踪模拟技术、“悬臂拼装法”跟踪模拟技术、钢梁吊装状态、合理成桥状态、合理施工状态控制与预测进行了系统研究，为超宽钢箱梁斜拉桥施工过程中主梁的定位匹配、千斤顶顶推力的确定、拉索索力及中跨合龙提供了技术支持。 本文的主要研究内容与成果如下： （1）斜拉桥相关理论研究。几何非线性效应是桥梁施工中必不可忽略的。本文对影响几何非线性的3种因素（斜拉索垂度效应、梁柱效应、大位移效应）进行计算研究，基于宜宾临港长江大桥合理成桥模型，对线性分析和非线性分析进行对比研究，研究表明，相比于主梁主塔位移和拉索索力，桥梁弯矩受几何非线性影响更为明显，特别是塔梁交界处主梁弯矩变化最大，增幅高达19.93%。通过对影响桥梁施工的两个重要参数（温度、主梁容重）进行敏感性分析，探究成桥状态下的主梁线形、斜拉索索力、塔梁应力以及主塔偏位的敏感特性。 （2）斜拉桥建模技术研究。基于Midas/Civil有限元分析软件，研究了“顶推法”、“悬臂拼装法”跟踪模拟技术，采用梁不动，改变顶推支撑边界位置的方法模拟顶推施工，通过温度荷载进行主塔压缩补偿，采用刚性连接模拟斜拉索与主梁及主塔边界，斜拉索用索单元模拟，基于“生死单元法”，以“体外力”模拟斜拉索第一次张拉，使用斜拉索无应力长度模拟第二次张拉，以成桥状态为目标状态按实际施工工序模拟主梁吊装及斜拉索二次张拉全过程。 （3）斜拉桥合理成桥状态研究。合理成桥状态的确定是进行施工控制的前提，本文基于Midas/Civil未知荷载系数功能，提取出以索力为受调向量，主梁位移、主塔弯矩、索力等为约束条件的影响矩阵，采用影响矩阵法不断进行优化求解，结合最小弯曲能法的索力优化思想，通过规划求解实现索力的最终确定，把最终的优化结果代入计算，那么斜拉桥的整体结构就会处于合理受力状态。 （4）顶推施工跟踪模拟计算研究。基于Midas/Civil建立宜宾临港长江大桥顶推模型，计算各工况下钢箱梁和导梁的内力、线形，对施工过程中可能出现的倾覆、支座脱空问题进行了深入研究，确保了钢箱梁顶推过程的安全，顶推完成后主梁线形达到目标状态，本工程的钢箱梁和导梁满足要求，临时墩及顶推器布置合理。另一方面，基于Midas/Fea建立A1节段有限元实体模型，对钢梁吊装过程中的状态进行了研究，研究表明，钢梁在吊装时的横向变形跟应力状态均在安全合理范围之内，满足实际钢梁施工匹配对接需要。 （5）悬臂拼装跟踪模拟计算研究。以合理成桥状态为施工成桥的目标状态，严格依据主梁吊装方案模拟悬臂拼装施工全过程，通过倒拆－正装法多次迭代确定合理施工状态。基于合理施工状态，计算出各施工阶段关键参数（主梁标高、斜拉索张拉力等），并对参数进行分析验证。制定合理的中跨合龙施工方法，通过合龙相关参数敏感性分析解算出最终合龙时索力、顶推力和合龙配重的调整值，实现高精度合龙。
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