【博士】超大跨度斜拉橋施工全過程幾何非線性精細分析理論及應(yīng)用研究【2007】

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內(nèi)容簡介

　　學(xué)科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：博士 　　學(xué)位授予單位：中南大學(xué)　　學(xué)位年度： 2007年　　當(dāng)斜拉橋向超大跨徑發(fā)展時，研究其施工全過程正裝計算理論和方法對于橋梁設(shè)計合理和結(jié)構(gòu)安全有著重要意義。本文首先對斜拉橋幾何非線性分析理論的研究現(xiàn)狀進行了全面評述，然后對其施工全過程的幾何非線性精細分析理論及工程控制中的關(guān)鍵技術(shù)問題進行了較深研究，最后以蘇通長江公路大橋和荊州長江公路大橋為工程實例進行了驗證分析。具體研究內(nèi)容和取得的成果為：　　(1)推導(dǎo)了TL列式和UL列式的勢能增量駐值公式并由此建立了切線剛度矩陣的構(gòu)成規(guī)則；應(yīng)用Kirchhoff應(yīng)力張量和Green應(yīng)變張量導(dǎo)出了正裝結(jié)構(gòu)CR法的虛功增量方程，并分析了CR法相對UL法更精確的根本原因。　　(2)導(dǎo)出了帶任意剛臂的兩結(jié)點精確懸鏈線索元的顯式切線剛度矩陣，建立了兩種計算條件下切線剛度矩陣的迭代算法；提出了改進快速弧長法的計算策略和加速改進算法，解決了斜拉橋施工過程的精確求解和快速迭代問題?！　?3)以蘇通長江公路大橋施工全過程的計算表明，同時計入拉索垂度效應(yīng)、梁柱效應(yīng)和大位移效應(yīng)對于結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形影響較大，綜合非線性因素影響通常大于各單項因素影響的代數(shù)和，忽略其中任何一項因素都將帶來較大的計算誤差；綜合非線性因素對一般位置的斜拉索索力的影響較小，對輔助墩附近拉索索力影響稍大些；對于索塔，其非線性影響程度在成橋階段最大，其次是最大單懸臂階段，最大雙懸臂階段為最小；對于主梁，最大單懸臂階段非線性影響最大，成橋階段次之，最大雙懸臂階段影響最小?！　?4)對新老橋涵設(shè)計規(guī)范中混凝土的收縮徐變計算模式進行了比較分析，基于新規(guī)范推導(dǎo)了便于有限元法計算的徐變參數(shù)指數(shù)函數(shù)模式，并利用荊州長江公路大橋營運期健康監(jiān)測數(shù)據(jù)對其進行了驗證；推導(dǎo)了混凝土收縮徐變的UL列式虛功增量方程和相應(yīng)的等效結(jié)點荷載計算公式；以蘇通長江公路大橋的計算表明，在大跨度斜拉橋的施工過程中，混凝土收縮徐變對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形都存在影響，但對于鋼斜拉橋，當(dāng)混凝土索塔施工期較長時，該影響比較小?！　?5)建立了求解斜拉橋施工控制參數(shù)的非線性正裝迭代法；建立了計入幾何非線性的自適應(yīng)無應(yīng)力構(gòu)形求解方法，同時以實橋為例分析了安裝索力誤差主要影響因素的敏感性；提出了由5個子系統(tǒng)組成的斜拉橋自適應(yīng)施工控制系統(tǒng)，成功地應(yīng)用于實橋施工控制?！　?6)對大跨度斜拉橋的關(guān)鍵技術(shù)迸行了深入研究。首先建立了利用分段多項式溫度場函數(shù)計算斜拉橋溫度影響的方法，提出了一套緊密結(jié)合懸臂現(xiàn)澆法施工控制的溫度影響實時修正方法，經(jīng)實橋驗證效果良好；其次根據(jù)柔索索力振動法測試原理，通過理論分析和實橋測試發(fā)現(xiàn)了主頻階次是產(chǎn)生索力測試誤差的主要原因且與測試誤差成二次關(guān)系；最后對振弦式混凝土應(yīng)變計的測量誤差及處理方法進行了較深入的研究，提出了有益建議?！　?

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