矮塔斜拉桥施工控制研究

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1、河北工业大学 硕士学位论文 矮塔斜拉桥施工控制研究 姓名：田仲超 申请学位级别：硕士 专业：桥梁与隧道工程 指导教师：韩振勇 20081101 河北工业大学硕士学位论文 i 矮塔斜拉桥施工控制研究矮塔斜拉桥施工控制研究 摘摘 要要 矮塔斜拉桥也称部分斜拉桥,是近些年来在斜拉桥基础上发展起来的一种新 型的桥梁结构形式， 矮塔斜拉桥介于连续梁桥与斜拉桥之间。如果把连续梁桥归类 于刚性桥型，把斜拉桥归类于柔性桥型，则矮塔斜拉桥为一种刚柔相济的新桥型， 具有美学景观性好、跨径布置灵活、施工简便、经济性好等优点。对其进行设计 建造、施工控制研究具有重要意义。 本文首先介绍了矮塔斜拉桥的起源、界定、发展状

2、况、构造特点等基本知识以 及矮塔斜拉桥施工控制的内容与方法、矮塔斜拉桥施工控制的目的与任务、施工 控制的监测内容、应注意的问题、施工过程模拟分析方法以及施工控制过程中的 误差处理。 然后，以玉带河大桥为工程背景，介绍了首次在国内采用的满堂支架，先主梁 后拉索的矮塔斜拉桥施工方法，介绍该桥施工工序，包括施工工序优化，斜拉索 张拉方式以及针对满堂支架施工方式的支架基础处理方法，为以后桥梁施工提供 经验。 以永定新河特大桥为工程背景，运用 Midas/Civil 程序对其进行有限元模型建 立，对其各施工阶段进行模拟分析，分析各施工阶段的静力特性，并进行简单动 力分析。以该桥为模型，提出了桥梁施工控制

3、的主要影响参数，包括温度、索力、 自重等，并以该桥模型为基础，通过变化相关参数数值，分析这些参数的对主梁 线形、应力以及斜拉索索力影响，得出相应结论。简单介绍参数分析识别方法。 关键词：关键词：矮塔斜拉桥，施工控制，斜拉索张拉，满堂支架，有限元，静力特性， 影响参数 河北工业大学硕士学位论文 iii Research on Construction Control of Extradosed Cable-stayed Bridge ABSTRACT Extradosed cable-stayed bridge,which is also called partially cable-staye

4、d bridge,is a new type of bridge structure that is developed on the basis of cable-stayed bridge in recent years.It lies between the continuous beam bridge and cable-stayed bridge in terms of its structural characteristics. If continuous beam bridge is classified as rigid bridge-type, cable-stayed b

5、ridge is classified as flexible bridge-type,then, extradosed cable-stayed bridge is a kind of hardness and softness of the bridge-type, which has its own advantages of beautiful appearance, span arrangement flexible, easy construction, economy,etc.It has great significance for us to research its con

6、struction,design and construction control. Firstly,the paper introduces the basic knowledge of extradosed cable-stayed bridge,including its origin ,development, definition and construction features.Then intriduces the content, methods, purpose, task, monitoring content of the construction control,th

7、e simulating analysis method of its construction process and the error processing during its construction control. Secondly,according to the Yudai river bridge,the paper introduces the construction method of extradosed cable-stayed bridge,full brackets,first the main beam,then the stayed cables,whic

8、h is first taken in China.Introducing the construction processes of this bridge,including the optimization of construction processes,the tension method of the stayed cables,the approach of the bracket base. Providing experience for future bridge construction. According to the Yongding river bridge,e

9、stablishing the FEM model with the Midas/Civil program,the paper makes simulating analysis of the various construction stages,analysising the static characteristics of the various construction stages,making simple dynamic analysis.According to the bridge,the paper puts forward the main impact parame

10、ters of bridge construction control, including temperature, cable force, weight, etc.Then through changing the figures of these parameters,it analyses the impacts of these parameters to the linear, stress, and cable tension of the main beam, drawing appropriate conclusions.Simply presenting paramete

11、r analysis identification methods. KEY WORDS：extradosed cable-stayed bridge, construction control, cable-stayed tension, full bracket,FEM, static characteristics, impact parameter 河北工业大学硕士学位论文 1 第一章 第一章 绪论绪论 矮塔斜拉桥(extradosed cable-stayed bridge)也被称作部分斜拉桥(partially cable- Stayed Bridge)是近些年来在斜拉桥基础上发展

12、起来的一种新型的桥梁结构形式，就其结构 特性而言，矮塔斜拉桥介于连续梁桥与斜拉桥之间，如果把连续梁桥归类于刚性桥型，把斜 拉桥归类于柔性桥型，则矮塔斜拉桥为一种刚柔相济的新桥型。下面先介绍这个桥型结构的 起源、界定与发展 1。 1-1 矮塔斜拉桥的起源 1-1 矮塔斜拉桥的起源 随着桥梁技术的发展，桥梁结构的两大趋势十分明显，一是结构尺寸越来越轻薄，二是 在梁桥、拱桥、索式桥等基本桥型之间进行组合，发展形成一种组合体系。组合体系桥梁极 大地丰富了桥梁的结构形式。组合体系桥中比较有代表性的是拱梁组合体系、斜拉连续梁 体系等，其中矮塔斜拉桥就是介于斜拉桥和连续梁桥之间的一种组合体系桥型，近十年来应

13、 用较多，受到广泛的关注 2。 矮塔斜拉桥的雏形是反拱形梁，这种桥型的主要受力构件尺寸与结构弯矩图相似，因而 是一种受力合理的桥型，如图。反拱形梁桥适合于中小跨径桥梁，一般用于桥下净空受到限 制的地方3。 图 1.1 反拱梁形式 Fig1.1 Form of anti-arch beam 普遍认为，由 ChristianMenn 设计的建于 1980 年的甘特（Ganter）大桥，是斜拉连续体 系桥的先驱，其混凝土箱形梁由预应力混凝土斜拉板“悬挂”在非常矮的塔上，这种板可以 看成是一种刚性的斜拉索。该桥的出现形成了斜拉桥的一个分支板拉桥，由于其与环境的 矮塔斜拉桥施工控制研究 2 完美结合，成

14、为一道靓丽的风景。Ganter 大桥的出现为其后矮塔斜拉桥的出现奠定了基础4。 图 1.2 甘特大桥 Fig1.2 Ganter Bridge 1988 年法国工程师 Jacgues Mathivat 在设计位于法国西南的阿勒特达雷高架桥时提出 了一个设计方案，命为“Extra-dosed PC bridge” ，直译为“超剂量预应力混凝土桥梁” 。该 方案的设计包括跨度为 100m 的预应力混凝土箱梁和较低的索塔固结，斜拉索穿过设置在索塔 上的索鞍与主梁锚固。从外形上来一说该方案与斜拉桥相似，而从受力特性方面来说，斜拉 索则与预应力混凝土体外索很相似，穿过矮塔上鞍座的体外索除了像传统的预应力

15、对梁提供 压力外，更主要地是对梁产生竖直提升力并减小梁的等效自重。虽然这个方案没有实施，但 是影响却是十分深远的 5。 与此同时，1990 年，德国的 Antonie Naaman 提出了一种组合体外预应力索桥，体外索的 一部分伸出主梁之上，锚固在墩顶处主梁上的刚柱上。主梁为钢析架梁，主梁架好后再在其 上立模浇注上下混凝土顶板、底板。这种桥式通过加大偏心距来提高体外预应力的效率，从 而降低造价。这一种体系与法国 Jacgues Mathivat 的方案十分类似。 1-2 矮塔斜拉桥的界定 1-2 矮塔斜拉桥的界定 法国工程师 Jacgues Mathivat 在提出设计方案时，将这种新桥型命名

16、为命名为 “extra-dosed PC brigde” ，直译为“超剂量预应力混凝土梁桥”，日本工程界一直使用这 一称呼；在美国，这种桥型有被称为“extra-dosed PC bridge” ，也有被称为“extradosed cable-stayed bridge” 6；在我国台湾，最初这种结构被称为“外置预应力桥” ，后来由于其 外形类似恐龙高耸的脊背，而称为“脊背桥” 。国内对该桥型的称呼一直存在争论，学者严国 敏将其称为“部分斜拉桥” 7，理由是这种桥型受力特性介于斜拉桥和连续梁之间，更偏近于 连续梁，桥的刚度主要由梁体提供，斜拉索主要起体外预应力的作用；有些专家学者认为应 该称为“矮塔斜拉桥” 1， “部分斜拉桥”不够明确，没有道出其外在形状与内在结构的特征， 早期的稀索结构也有“部分”的性质。 “矮塔斜拉桥”这一称谓更为准确，不仅从外形上概 括了这种结构主要的特性，而且能将其与常规斜拉桥分开，并且不会发生歧义，又能得到工 河北工业大学硕士学位论文 3 程界的认可，并认为比较合适的英文名称为“extrados