扣锚索一体化斜拉扣挂成拱计算研究

作     者：李智恒 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑罡

授予年度：2022年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：钢箱拱桥 斜拉扣挂 扣锚一体化 拱圈线形 扣索索力 

摘      要：国内拱桥自1968年第一次采用斜拉扣挂法施工,随着工法改进和钢绞线技术发展,在1996年第一次用扣锚索一体化施工。当时算法不能准确模拟索鞍和拉索间的关系,主拱线形难以控制,在后续拱桥施工中多采用扣锚索分离工法。但近年来,国内钢箱拱桥采用扣锚索一体化施工的数量逐渐增大,跨径越来越大,技术要求提高,但尚未引起足够重视。其索鞍处索的滑移计算问题没有完全解决,需要有相应算法。因此,本文对扣锚索一体化施工进行研究,开展如下工作:(1)调研扣锚索一体化工法实践和相应结构计算的发展,分析其技术要点。以学术文献为主要查阅对象,其他可靠来源为辅助。从1996年扣锚索一体化施工开始至目前,查阅拱桥相关文献191篇,直接密切相关有20篇;调研扣锚一体化相关的悬索桥和斜拉桥245篇。梳理相关算法,从反向延长法至折减弹性模量法,结果表明:两者仅考虑拉索弹性变形的影响,未考虑索在滑移条件下联合变形平衡和几何协调关系,所以需要进一步研究。(2)研究考虑鞍座处的几何变位和切向力平衡条件下索力相等,同时考虑扣塔-拉索-拱段的整体刚度,根据力矩平衡、变形协调和索本构关系建立非线性方程组,并联立进行求解。进一步考虑到工程应用,将非线性方程进行线性简化,在忽略高阶的近似条件下,推导了简化算法,编制相应计算流程。在文献相同的假设条件下,本文算法可退化为文献算法。本文建立算例进行验证,并与文献算法进行对比,分析三者产生差异的原因。算例结果表明:本文算法与反向延长法相比,索力增量占绝对量1.4%,但索力增量相差59.1%;与常规零位移法相比,索力增量占绝对量2.5%,但索力增量相差108.1%。证明本文算法计算结果更加接近反向延长法。应注意到三种方法计算得出的索力增量占绝对索力的比例不到5%。(3)以新滩溪特大桥为实际工程背景,对该桥10根扣索进行计算。分析几种拱轴线形的区别与联系并对其做出计算,提出“线形控制为主,索力控制为辅的钢箱拱桥施工控制原则。用三种算法对其进行索力计算,结果如下:本文算法与反向延长法索力最大误差为5.2%;与常规零滑移法最大误差为8.6%。结论是:要准确计算扣锚索一体化施工中的主拱线形和索力,应考考虑扣塔几何变位的影响和扣锚索-索塔-拱圈节段的整体变形和体系刚度。在本文假设条件下,计算结果和实桥测试结果基本吻合,该算法可供同类工程参考。(4)研究实际工程中索鞍处实际摩擦系数的范围。利用文献提供摩擦系数计算公式,结合现场的的索力16组实测数据。求得转向索鞍处扣锚索的索力差,测算索鞍处的等效摩擦系数。实测摩擦系数最大值为0.413,最小值为0.177。并结合相关规范推得实桥的等效摩擦系数应介于0.2～0.3之间。