【博士】超大跨度斜拉橋施工全過程幾何非線性精細(xì)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(shí)，研究其施工全過程正裝計(jì)算理論和方法對于橋梁設(shè)計(jì)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(jìn)行了全面評述，然后對其施工全過程的幾何非線性精細(xì)分析理論及工程控制中的關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)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?yàn)楣こ虒?shí)例進(jìn)行了驗(yàn)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(diǎn)精確懸鏈線索元的顯式切線剛度矩陣，建立了兩種計(jì)算條件下切線剛度矩陣的迭代算法；提出了改進(jìn)快速弧長法的計(jì)算策略和加速改進(jìn)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(jì)算表明，同時(shí)計(jì)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(xiàng)因素影響的代數(shù)和，忽略其中任何一項(xiàng)因素都將帶來較大的計(jì)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??；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(jì)規(guī)范中混凝土的收縮徐變計(jì)算模式進(jìn)行了比較分析，基于新規(guī)范推導(dǎo)了便于有限元法計(jì)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(yùn)期健康監(jiān)測數(shù)據(jù)對其進(jìn)行了驗(yàn)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(diǎn)荷載計(jì)算公式；以蘇通長江公路大橋的計(jì)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(shí)，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(jì)入幾何非線性的自適應(yīng)無應(yīng)力構(gòu)形求解方法，同時(shí)以實(shí)橋?yàn)槔治隽税惭b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(shí)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(xiàng)式溫度場函數(shù)計(jì)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(shí)時(shí)修正方法，經(jīng)實(shí)橋驗(yàn)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(shí)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(jì)的測量誤差及處理方法進(jìn)行了較深入的研究，提出了有益建議。　　

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