1、分类号：U44，U451071020040135壤爹犬海硕士学位论文大跨度悬索桥缆索系统分析与施工控制何湘峰导师姓名职称申请学位级别论文提交日期学位授予单位黄平明教授 梅葵花讲师答辩委员会主席学位论文评阅人杨炳成教授杨炳成教授彭志苗教高摘 要大跨度悬索桥缆索在施工过程中具有显著可挠的特点，为使悬索桥的成桥状态符合设计要求，必须对其进行严格的施工控制。缆索系统的分析计算是大跨度悬索桥施工控制中一项重要的内容。本文以沪蓉西国道湖北段四渡河特大桥为工程背景，开展大跨度悬索桥缆索系统分析与施工控制研究。本文的研究工作和取得的主要成果有：(1)针对已有悬索桥缆索线形计算的解析法的不足之处，建立了精确的线
2、形解析计算理论分段悬链线理论，推导了悬索主要设计参数的迭代计算公式，并编制了相应的计算程序。(2)基于分段悬链线理论，建立了猫道施工控制计算的解析迭代方法，以此确定猫道的线形、承重索无应力长度、索端水平及竖向分力等。在计算方法中综合考虑了中跨、边跨由于分离布置而产生的不平衡水平力引起的索塔偏位以及温度变化等对猫道线形的影响。对四渡河特大桥施工猫道的计算表明，该方法力学概念明确、收敛速度快、精度高，是一种有效、可靠的计算方法。(3)根据承重索架设过程中存在的问题，指出了猫道承重索的架设原则，提出了猫道线形的调整方法，为猫道施工提供参考。(4)基于分段悬链线理论，建立了主缆系统施工控制计算的解析迭
3、代方法，以解决包括主缆成桥线形、主缆无应力长度、索鞍切点位置、基准索股线形及预偏量、空缆线形及预偏量、索夹安装位置、吊索无应力下料长度等的施工控制计算问题。在计算方法中综合考虑了索塔偏位、温度变化等对主缆线形的影响。对四渡河特大桥主缆的计算表明，该法力学概念明确、精度高，是一种有效、可靠的计算方法。(5)给出了基准索股和一般索股架设线形控制的方法：特指出基准索股的标高在索股架设过程中是变化的，与主缆架设完成后的空缆标高存在差异。分析了索股索长变化和跨度变化对索股跨中垂度的影响，并将抛物线线性近似计算方法和悬链线精确非线性计算方法进行了比较，发现两者计算结果较为接近。本文结合四渡河大桥工程实例，
4、对悬索桥缆索系统进行的结构分析与施工控制计算，思路清晰，效果良好，可为类似工程提供参考和应用价值。关键词：悬索桥，缆索系统，解析法，分段悬链线，猫道，主缆，施工控制计算AbstractAs the cables of longspan suspension bridges have significant flexible characteristics inthe construction process，to ensure that the formed bridge to meet the design requirements，itmust be strictly controlled
5、 in constructionAnalysis and calculation are the importantelements in the construction control of longspan suspension bridgeBased on the engineeringbackground of Sidu River Bridge，which is the west part of Shanghai-Chengdu NationalHighway in Hubei Province，structure analysis and construction control
6、 study on the cablesystem of long-span suspension bridges are carried on in this thesisThe main researchcontents and achievements are as follows：In view of the drawbacks of the existed analytical methods for cableS shape calculation，all accurate analytical and calculational theory named Segmental Ca
7、tenary Theory isestablishediterative formulae for main design parameters of suspended rope are deduced indetail and the corresponding calculmion program is compiledBased on the Segmental Catenary Theory,analytical iterative methods for constructioncontrol calculation of catwalk are established，SO as
8、 to confirm the shape of the catwalk，theunstressed length of the bearing cable，the end horizontal component force and verticalcomponent force of the cable etcThe influences of the tower displacement which is causedby imbalance horizontal component force and the temperature variation upon the shape o
9、fcatwalk are taken into consideration in the calculation methodThe calculation results for thecatwalk of the Sidu River Bridge show that the method is effective and reliable，which hasclear mechanical concepts，fast convergence and high precisionAccording to the existing problems in the erection proce
10、ss of bearing cable，the erectionprinciple is pointed out and the adjustment method for the shape of catwalk is put forward forreferenceOn the basis of the Segmental Catenary Theory,analytical iterative methods forconstruction control calculation of main cables are established，SO as to solve the calc
11、ulationproblems of the shape of main cable in formed bridge，the unstressed length of main cable，tangent pointS position of the saddle，shape and preoffsetting of the datum strands，shape andpreoffsetting of the formed strands，the fixed site of the cable-clamps，unstressed fabricationlength of the hange
12、r etcThe impacts of the tower displacement and the temperature variationupon the shape of main cable are taken into consideration in the calculation methodThecalculation for the main cable of the Sidu River Bridge shows that the method is effective andreliable，which has clear mechanical concepts and
13、 hi曲precisionThe method of controlling the datum strands and common strand is offered hereWhatmust be emphasized is that the datum strandselevation is changing during the erectionprocess of cable strands，SO the datum strandselevation is different from that of the formedcables after the completion of
14、 the main cableS erectionThe effects of the change of thecable length and that the change of span on the middlespan sag of the cable are analyzed，anda comparison is made between the Parabola Linear Approximate CMculation Method and theSegmental Catenary Nonlinear Exact Calculation MethodIt is discov
15、ered that the calculationresult of the two methods are very approximateIn this thesis，Sidu River Bridge is introduced as an example，the structure analysis andthe construction control calculation to cable system of the suspension bridge is presentedTheprocess is clear and the effect is well，which Can
16、 be used for reference and application insimilar projectsKey words：suspension bridge；cable system；analytical numerical method；segmentalcatenary；catwalk；main cable；construction control calculation论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明
17、确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。敝作者雠侑湘崎 加D7年易月c7日论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。(保密的论文在解密后应遵守此规定)论文作者繇何湘噜导师签名： 哆7口1年跏年易月旧日6月日长安大学硕士学位论文第一章绪论悬索桥又称吊桥，是指以承受拉力的主缆或链索为主要承重构件的桥梁。悬索桥由主缆、索塔及基础、锚碇、吊索、加劲梁和桥面系等部分组成。悬索桥因其
18、受力性能较好、跨越能力大、轻巧美观、抗震能力好等诸多优点而成为跨越大江大河、海峡山谷等交通障碍的首选桥型。11悬索桥的发展与展望111悬索桥的发展与现状悬索桥的发展历史悠久。中国是悬索桥的故乡，远在公元前250多年，四川境内就有了古人修建的入行笮桥(竹索桥)、藤索桥。后来随着社会的进步，铁索制造工艺的发展和应用，逐渐出现了铁索桥，公元前50年(汉宣帝甘露四年)在四川建成了长达百米的铁索桥。国外的悬索桥修建历史较中国晚了一千多年，据文献记载，铁链悬索桥于1741年始于英国，名为倜氏桥，其跨径为2134m。到了1883年，美国在纽约建成了世界上第一座现代悬索桥布鲁克林(Brooklyn)桥，主跨达
19、488m，被称为当时世界工程第八大奇迹。20世纪初，桥梁建设迅速发展，1931年，美国率先建成了世界首座跨度超过千米的悬索桥一乔治华盛顿(George Washington)大桥，随后在1937年又建成了旧金山金门(Golden Gate)大桥，主跨为1280m，保持世界最大跨桥梁记录长达27年之久。1964年和1966年，英国先后建成了主跨为1006m的福斯(Forth)公路悬索桥和主跨为988m的塞文(Sevem)桥。塞文桥的建成则是悬索桥发展的一个新的里程碑，该桥首次采用了扁平纤细、截面具有良好抗风性能的全焊流线形钢箱梁，打破了钢桁架加劲梁一统天下的局面。1998年，日本建成目前世界上第
20、一大跨悬索桥明石海峡大桥，主跨1991m，这又是一个重大突破，是世界悬索桥建设史上的一座丰碑【l J。20世纪90年代，国内悬索桥的建设和研究进入迅速发展的阶段。1995年在广东省汕头市修建的汕头海湾大桥，跨径布置为154m+452m+154m，为中国第一座大跨度现代悬索桥，其主跨居预应力混凝土加劲梁悬索桥的世界第一。在随后的几年里，又相继建造了西陵长江大桥、广东虎门大桥、香港青马大桥、江苏江阴长江大桥、厦门海沧大桥、宜昌长江公路大桥。2005年建成的江苏润扬长江公路大桥，主跨为1490m，其跨度达到中国第一，世界第三。这一系列现代长大悬索桥的建成，标志着我国桥梁建造技术已跻身于世界先进行列。
21、第一章绪论目前世界大跨度悬索桥前十位见表11，我国建成及在建的大跨度悬索桥见表12。表11世界前十座大跨度悬索桥序号 大桥名称 中文译名 所在地 主跨 建成时间1 Akashi-Kaikyo 明石海峡大桥 日本 1991m 1998年2 Great Belt 大贝尔特桥 丹麦 1624m 1998红3 润扬长江公路大桥 润扬长江公路大桥 中国 1490m 2005焦4 Humber 亨伯桥 英国 1410m 1981年5 江阴长江公路人桥 江阴长江公路人桥 中国 1385m 1999年6 TsingMa 青马大桥 中国香港 1377m 1997年7 Verrazarlo Narrows 维拉扎
22、诺桥 美国 1298m 1964年8 Golden Gate 金门大桥 美国 1280m 1937年9 High Coast 滨海高桥 瑞典 1210m 1998年10 Mackinae 麦基诺海峡桥 美国 1158m 1957色表12我国目前建成及在建大跨度悬索桥序号 大桥名称 所在地 主跨跨径 主缆欠跨比 建成时间 加劲梁形式建成项目1 汕头海湾大桥 广东省 452m 1100 1995年 混凝土箱梁2 西陵长江火桥 湖北省 900m 1105 1996年 钢箱梁3 丰都长江大桥 重庆市 450m I11O 1997年 钢桁架4 虎JJ人桥 广东省 888m 1105 1997年 钢箱梁5
23、 香港青马大桥 香港 1377m 1110 1997年 钢箱梁双层桥面6 厦门海沧大桥 福建省 648m 1105 1999年 钢箱梁7 江阴长江大桥 江苏省 1385m I105 1999年 钢箱梁8 鹅公岩长江大桥 重庆市 600m 1100 2000年 钢箱梁9 忠县长江人桥 重庆市 560m 1105 2001年 钢桁架10 宜昌长江火桥 湖北省 960m 1100 2001年 钢箱梁1l 万州长江二桥 重庆市 580m 1105 2004年 钢桁架12 润扬K江大桥 江苏省 1490m 1100 2005年 钢箱梁在建项目l 恩施四渡河人桥 湖北省 900m 1100 在建 钢桁架2
24、 贵州坝陵河大桥 贵州省 1088m 1103 在建 钢桁架3 珠江黄埔大桥 广东省 1108m 在建 钢箱梁4 武汉阳逻长江人桥 湖北省 1280m 1105 在建 钢箱梁5 舟山西堠I、J人桥 浙江省 1650m 1100 在建 分离式双钢箱粱2长安大学硕十学位论文112悬索桥出现的新现象悬索桥以其大跨度适应性、造价的经济性和优美的外形而在特大跨度的桥型占据着主导的地位。随工程实践的积累和计算理论的深入研究，一些新的结构形式相继得到越来越多的实践应用。如自锚式悬索桥以及斜拉一悬索协作体系桥。19世纪后半叶，奥地利工程师约瑟夫朗金和美国工程师查理斯本德分别独立的构思出自锚式悬索桥的造型。自锚
25、式悬索桥不需要庞大的锚碇，而是把主缆锚固到桥面板或加劲梁的两端，由它们来承担主缆中的水平力，端部支撑只需承担拉索的竖向分力，这给不方便建造锚碇的地方修建悬索桥提供了一种解决方法【2】。代表性的桥梁有：日本此花大桥、韩国永宗大桥、美国旧金山奥克兰海湾新桥、中国佛山平胜大桥以及长沙三汊矶湘江大桥等。根据单一斜拉桥和单一悬索桥的优缺点，人们提出了斜拉一悬索协作体系桥。其主要优越性是充分发挥了两种桥型的优势，既克服了斜拉桥由于悬臂长度加大而引起主梁压力过大的问题，又减小了大跨悬索桥中主缆的拉力和锚碇的工程量。另外，悬索桥部分缩短，全桥的空气动力稳定性得到显著提高。代表性的桥梁有：葡萄牙的泰戈斯(Tag
26、us)河桥、土耳其伊兹米特(Izmit)海峡桥、我国贵州的乌江大桥等。此外，诸如上承式悬索桥、悬吊板桥、悬索拱桥等结构形式也在研究和推广【3J。113悬索桥发展中的一些问题展望21世纪跨径超过2000m的悬索桥的主要问题有：风荷载作用对悬索桥的影响、主缆的锚固、主缆与吊索的防腐；索塔随跨径增大，高度越来越大，如直布罗陀海峡大桥的索塔将高出水平面646m，比目前世界上最高建筑还高194m，压弯失稳的问题很突出；在急流浪高水深地区构筑深水基础传统的方法困难很多，需要寻求新的方法，如采用平台型或双塔型等。由此提出特大跨度悬索桥所应具备的主要性能应该有【3】：(1)满足使用条件下的耐久性。悬索桥投资巨
27、大，工程艰巨，耐久性要求高。良好的耐久性不仅要求结构有满足设计要求的静力和疲劳强度、适当刚度，而且要有足够的耐腐蚀性与耐老化性能。(2)良好的动力稳定性。良好的动力稳定性是指除了在各种荷载作用下，满足设计要求的安全性和稳定性之外，还应在运营过程中，确保交通安全和乘客的舒适度。悬索桥在发展过程中还将遇到各种各样的问题等待着我们去研究和解决。3第一章绪论114悬索桥的展望进入21世纪，悬索桥将有更大的发展。专家分析今后悬索桥的跨径有望超过3000m。在中国，正在建造中的浙江舟山西堠门大桥主跨1650m，建成后将成为世界上第二大跨度悬索桥。此外在跨越渤海海峡、长江口、象山湾、港珠澳和琼州海峡有多座超
28、大跨度悬索桥需要建设。如琼州海峡宽20-一30km，水深70,、,90m，计划修建主跨2000,-一2500m的多跨悬索桥【41。在欧洲，即将建成的从意大利本土到西西里岛跨墨西拿(Messina)海峡的墨西拿海峡大桥跨径布置为777m+3300m+810m，加劲梁宽52m，为分离式截面，建成后将成为世界上最大跨度的悬索桥。欧洲未来的超大跨度悬索桥当属联结欧非两大陆的直布罗陀海峡大桥。该工程有两条规划路线：东线峡宽14km，最大水深950m，建议修一座主跨为5000m的4跨悬索桥；西线峡宽28km，最大水深300m，建议修一座主跨为3550m的5跨悬索桥，它可能为世界上最艰巨的跨海工程。日本规划
29、在太平洋沿岸4个海湾和轻津海峡间建设超大跨度悬索桥。跨越轻津海峡有两条路线可供选择，即19km的西线和13km的东线，在西线上的建议方案之一是具有主跨3000m和4000m的4跨悬索桥【5】。目前，世界上最大跨度的桥梁跨径尚未超过2000m，国外曾有文献报道，如采用传统材料，只考虑施工架设技术的可行性，最大跨径可达3500-、-4000m；如采用新型材料，则最大跨径可达7000,-一8000m1。随着科学技术的发展，建设理念的不断创新以及新材料、新技术的出现和应用，悬索桥还会继续向结构更轻、跨度更大、施工更方便的方向发展，各种大跨度悬索桥的构思和方案在未来必将被实现。12悬索桥的构造、施工及受
30、力特征121悬索桥的构造图11悬索桥构造示意图悬索桥是由主缆、加劲梁、索塔和锚碇四大主体结构以及塔顶主鞍座、锚口散索鞍4长安人学硕十学位论文座、吊索、桥面系等附属系统组成的柔性悬吊体系。悬索桥的构造见图11。1主缆主缆是以索塔和索鞍为支撑，两端锚固于锚碇，通过吊索悬挂加劲梁的缆索，是悬索桥的主要承重构件。主缆常用弹性模量大、强度高、徐变小、耐腐蚀的材料，主要有以下两种类型f6l：(1)钢丝绳主缆。多用于中小跨悬索桥，它又分为钢绞线绳和螺旋钢丝绳(SpiralRope)、封闭式钢绞线索(Locked Coil Rope)。(2)平行丝股主缆。主要用于大跨悬索桥。钢丝绳主缆仅用于600m以下跨度的
31、悬索桥，而平行丝股主缆用于跨度在400m以上的悬索桥。主缆的截面一般是由若干根钢丝束股组成，丝股外形多按六边形配置，一般有平顶型和尖顶型两种，大多数悬索桥都采用双面主缆，即一侧布置一根主缆。2吊索吊索是连接主缆和加劲梁的构件，它通过索夹把加劲梁悬挂于主缆上。悬索桥吊索一般采用镀锌钢丝绳或镀锌高强平行钢丝制作，少数小跨度悬索桥也有用刚性吊杆。其立面布置形式一般有竖直式和倾斜式两种，传统的美国式悬索桥吊索是竖直式，日本的一些悬索桥吊索也是竖直式，而欧洲的一些悬索桥则采用倾斜式布置，如亨伯尔桥(Humber Bridge)、塞文桥(Severn Bridge)等。吊索与主缆的连接方式可分为四股骑跨式
32、和双股销铰式。吊索与加劲梁的连接方式常用的有锚头承压方式和销接式。3索夹索夹是紧箍主缆索股并连接主缆与吊索的构件。主缆和吊索的连接一般采用刚性索夹把主缆箍紧，使主缆在受拉产生收缩变形时也不致滑动。对应吊索与主缆的连接方式，大跨度悬索桥索夹通常有骑跨式和销铰式两种。4加劲梁加劲梁是提供桥面并直接承受荷载的梁体结构。悬索桥加劲梁的结构形式有：钢板梁、钢桁梁、钢箱梁、钢筋混凝土箱梁等。加劲梁的布置主要有双铰加劲梁简支体系和无铰加劲梁的连续体系两种形式。5鞍座鞍座是在塔顶、锚碇支架上为主缆提供支承及转向并将主缆的荷载传给塔及锚碇支架的装置。按其作用可分为塔顶主索鞍、散索鞍、副索鞍。第一章绪论6索塔索塔
33、是支承主缆的重要构件，传递活载及恒载至下部的基础。从力学上来分类，索塔在顺桥向的结构形式主要有刚性塔、柔性塔及摇柱塔三种11。索塔在横桥向的结构形式主要有刚构式、桁架式和混合式三种。索塔按使用材料来分有钢塔和混凝土塔两种。7锚碇锚碇是指主缆的锚碇架及固定装置、锚块、锚块基础等结构的总称。地锚式悬索桥将主缆锚于重力式混凝土锚块(重力锚)或岩洞中的混凝土锚块(隧道锚)，自锚式悬索桥则将主缆锚于加劲梁上。122悬索桥的施工特点1总体特点【7】(1)悬索桥是由刚度相差较大的构件(主缆、吊索、加劲梁)组成的结构，与其他形式的桥梁相比，具有显著可挠的特点。在整个施工过程中，悬索桥结构的几何形状变化很大。(
34、2)悬索桥结构的几何形状对温度的变化非常敏感。(3)施工阶段中消除误差比较困难。在悬索桥的施工过程中，主缆一旦施工完毕，其各跨长度和线形是无法调整度的，而且吊索的长度也无法像斜拉桥施工中那样通过对斜拉索的重复张拉进行调整。悬索桥的吊索长度即使可以调整，也只能通过垫片调整，调整幅度非常有限。2各部分技术要点悬索桥的施工主要包括索塔、锚碇、缆索系统和加劲梁等的制作和安装。通常的施工顺序为：基础一索塔一锚碇一猫道一主缆一加劲梁一桥面二期。(1)索塔施工大跨度悬索桥索塔的高度通常都在lOOm以上，所以在施工过程中要确保其抗风稳定性。在施工过程中，做好塔顶鞍座的吊装及其初始和终了位置的调整，吊装使用塔顶
35、吊机，调整鞍座用水平放置的千斤顶。(2)锚碇施工重力式锚块由于体积很大，浇筑时应尽量减小水化热的影响，控制温度，防止锚板混凝土开裂；锚碇基坑的坑壁维护和排水也是施工的关键所在。隧道式锚碇在开挖时不应采用大药量的爆破，应尽量保护岩石的整体性，还应注意隧洞中的防排水。6长安人学硕士学位论文(3)猫道施工猫道是柔性结构，自身刚度较小，施工过程中应保证有足够的抗风稳定性(设置可靠的抗风索体系；左右两幅猫道之间设横向通道)；猫道的成桥线形应始终与主缆空缆线形保持适当的距离，以方便主缆施工；注意对称、均衡施工，保证其不平衡水平力使索塔产生的偏位在安全范围内。(4)主缆、吊索施工主缆的形成方法主要有空中纺线
36、法(AS法)和预制平行索股法(PPWS法)。空中纺线法是利用牵引机械往复拽拉钢丝，在现场制作平行钢丝索股的施工方法；预制平行索股法是将在工厂预制平行高强钢丝组成的索股运送到工地进行安装的方法。主缆架设要做好准确下料，设置基准索股，精确调整线形。吊索在安装过程中应做到下料长度、安装位置准确，各吊索受力均匀；做好吊索防护。(5)加劲梁施工一方面应控制塔顶鞍座的位置使鞍座两边主缆水平拉力相同，以保证索塔的内力与变形不超过设计规定的允许值；另一方面，还应采取有效措施保证施工中结构的抗风稳定性。(6)施加二期恒载桥面铺装要考虑后浇铺装对已完成的铺装层的影响，事前应制定合理的铺装方案，必要时可采取适当措施
37、如局部临时压重等保证铺装层不因变形过大而开裂。123悬索桥的受力特征悬索桥是柔性悬吊体系，在成桥状态下，悬索桥的主缆和索塔承受结构自重并将荷载传至锚碇和基础，加劲梁的受力由施工方法决定。成桥后，结构各组成部分共同承受外荷载作用，受力按刚度分配。(1)主缆是悬索桥的主要承重结构，主要承受拉力。主缆可通过自身弹性变形和几何形状的改变来影响体系平衡，表现出大位移非线性的力学特征，这是悬索桥的重要特征之一。主缆在结构恒载作用下具有很大的初始张拉力，对后续结构形状提供很大的“重力刚度【8】19】。(2)索塔是悬索桥抵抗竖向荷载的主要承重构件。在恒载作用下，以轴向受压为主；在活载作用下，以压弯为主，呈梁柱
38、构件特征。(3)吊索是将加劲梁自重、外荷载传递到主缆的传力构件，承受轴向拉力。吊索7第一章绪论内恒载初始张力的大小，既决定了主缆在成桥状态的真实索形，也决定了加劲梁的恒载弯矩，是研究悬索桥成桥内力状态的关键。(4)加劲梁主要承受弯曲内力。由悬索桥施工方法可知，加劲梁的弯曲内力主要来自结构的二期恒载和活载。(5)锚碇是锚固主缆的结构，它将主缆中的拉力传递给地基。13悬索桥的施工控制131施工控制的必要性和目的悬索桥是一种柔性悬挂体系，施工过程中具有显著可挠的特点。主缆采用预制平行钢索股(PPWS)法、加劲梁采用缆索吊装法是悬索桥常用的施工方法，这种施工方法给桥梁结构带来复杂的内力和位移变化；同时
39、施工过程中，由于各种因素(如温度场、猫道、施工顺序、施工荷载及材料性质等)的随机影响、测量误差以及施工误差的客观存在，各实际施工状态可能偏离理论轨迹。为确保成桥后的结构内力和几何线形符合设计要求，结构内力处于最优状态，同时又确保施工中的安全和全桥顺利合龙，在悬索桥施工过程中必须进行严格的施工控制。132施工控制的内容施工控制的内容是：校核主要的设计数据，提供施工各阶段理想状态线形及内力数据，将施工各状态控制数据实测值与理论值进行比较分析，进行结构设计参数识别与调整，对成桥状态进行预测与反馈控制分析，防止施工中出现过大位移与应力，确保施工朝预定目标顺利进行。根据悬索桥上部结构施工的流程、特点，其
40、施工过程一般分为两个阶段：第一个阶段是主缆架设阶段；第二是加劲梁吊装架设阶段。每一个阶段都包含着一个施工一观测一识别一修正一预测控制一施工或优化调整施工的循环过程【71。考虑到主缆架设完毕后，桥梁线形很难作大的调整，所以悬索桥的施工控制以主缆架设阶段控制为主，确定主缆的空缆线形等主缆架设阶段控制是悬索桥施工控制的重点和特点。主缆架设阶段控制的主要目标是确保主缆线形最大限度地逼近设计空缆线形，其主要任务有：基础资料及试验数据的收集，施工过程仿真计算(主缆索股无应力下料长度、索鞍顶偏量和空缆线形等计算)，基准索股和般索股线形的架设精度控制，锚跨索股张力均匀性调整控制等。加劲梁吊装阶段控制的目标是：
41、使成桥状态时主缆和加劲梁的长安人学硕士学位论文内力和线形最大限度地接近设计成桥状态，其主要任务有：索央初始安装位置和吊索无应力下料长度的控制，主索鞍分阶段顶推的控制及吊索索力均匀性控制。悬索桥施工控制过程中需要进行跟踪监测的结构状态参数和施工控制参数有：主缆与加劲梁线形、索塔塔顶变位与主索鞍预偏量、散索鞍预偏量、主缆锚跨索股张力与吊索索力、索塔控制截面应力、加劲梁节段间上下缘开口角、猫道线形、索塔塔基沉降和锚碇体位移、结构温度等。14本文研究的背景及内容141研究背景及目的悬索桥是由主缆、索塔、锚碇、加劲梁、吊索等组成的柔性悬吊组合体系。大跨度悬索桥由于具有强烈的几何非线性，早期的设计不得不采
42、用较大的安全系数来克服设计计算、施工计算的不确定性。现代悬索桥的跨度不断增大，从几十米发展到近两千米，加劲梁高跨比越来越小，从140下降到130010】；主缆等主要承重构件的安全系数取值越来越低，从40左右下降到20左右【ll】，这就要求在设计悬索桥时，要精确合理地确定悬索桥成桥状态及施工阶段的受力状态和构形，以期在成桥时满足设计要求。主缆是悬索桥的主要承重构件，确定其成桥线形十分重要。首先，成桥后的结构分析必须以成桥时精确的线形为基础，此线形直接影响结构整体的受力分配；其次，主缆线形将决定其自身的无应力索长、吊点位置及吊杆的无应力长度，这些参数都是设计和施工控制中必不可少的；再次，悬索桥结构
43、的抗震、抗风、车辆活载包络图等计算亦都需要事先确定其主缆成桥线形。在悬索桥的施工过程中，进行主缆垂度、加劲梁标高、吊索长度、索鞍偏移等的施工监测与控制，使结构各施工阶段的实际状态最大限度地接近设计状态，是悬索桥成功施工的关键技术之一。但是，不可能完全依靠施工阶段的跟踪调整来实现设计的主缆线形，必须依靠提供合理的设计参数、精确的计算方法计算出主缆各阶段线形，再通过严格的制造和施工质量的控制，使架设的主缆线形与设计相符，并保证吊索的制作长度和加劲梁的制造尺寸符合设计要求，才能达到控制线形的目的。因此，建立悬索桥成桥阶段及施工阶段的缆索系统的线形计算方程，确定大跨度悬索桥结构合理设计状态计算方法至关
44、重要。对大跨度悬索桥研究高精度的缆索计算理论、分析方法和科学地进行施工控制是本文的主要目的。9 釜二望笙堡142论文的工程背景12】四渡河悬索桥位于沪蓉国道主干线湖北宜昌至恩施公路野三关镇。该桥由中交第二公路勘察设计研究院设计，路桥华南工程有限公司施工，长安大学负责施工控制。(1)桥跨总体布置四渡河为深切峡谷河，两岸岸坡陡峻，悬崖矗立，谷底距桥台高差桥约500m。主桥为单跨双铰钢桁架加劲梁悬索桥，桥梁主跨900m，位于24l的单向直线纵坡段，桥面净宽245m，设2双向的横坡。主桥向东直接衔接八字岭公路隧道，向西连接先简支后刚构的5x40mT梁引桥。大桥总体布置见图12。一宜黾 恩施X：7f|、
45、 腧 一州丌m硎雨o 叫弋一 7“7V u图12四渡河悬索桥总体布置图(单位：m)(2)主要设计标准计算行车速度：80kmh设计荷载：汽车超-20级，挂车一120地震烈度：度(3)索塔索塔的结构形式为门式框架，宜昌岸主1号塔塔高1176m，设上、下两道横梁，恩施岸主2号塔塔高1222m，设上、中、下三道横梁。塔柱及横梁为薄壁箱形结构。(4)缆索系统主缆采用预制平行钢丝索股(PPWS)。中跨主缆理论跨径900m，理论垂跨比为1：lo，东、西边跨理论跨径分别为114m和208m。主缆共两根，每根含127股平行钢丝索股，每股索股含127巾51镀锌高强钢丝。吊索采用9105。2高强镀锌平行钢丝束，外包
46、PE层防护，上下锚头采用热铸锚。吊索问距128m，全桥共68对。(5)加劲梁及桥面系钢桁加劲梁为单跨双铰式，由主桁架、上下平联、横向桁架组成，长896m。主桁架采用华伦式，桁高65m，桁宽26Om，小节段长度64m，大节段(即一个标准节段)长度128m。全桥共分71个节段组拼装，节段最大吊装长度128m，节段最大吊装重量10长安人学硕士学位论文916T。桥面系采用纵向工字钢梁与混凝土桥面板的组合形式，钢纵梁横向间距195m，简支在主桁横梁上弦杆上，理论跨径616m。桥面板通过剪力钉与钢纵梁形成钢一混凝土组合结构，各跨桥面板间采用桥面连续结构。加劲梁在索塔处设置塔连拉杆作竖向支承，加劲梁两端在上
47、下弦杆两侧共设置8个抗风支座。(5)锚碇宜昌岸采用隧道式锚碇，分左右两侧，锚体长度40m，锚室采用聚丙稀合成纤维混凝土。隧道锚位于公路隧道上方，与公路隧道的最小高差23m，国内外尚无首例。恩施岸采用重力式锚碇，锚碇下部开挖成锯齿形，并对底部基坑进行加固。143主要研究内容本文围绕着大跨度悬索桥缆索结构分析与施工控制，将展开以下几个方面的研究工作：(1)论述悬索桥的发展历史、现状及对悬索桥未来的展望，总结和归纳悬索桥的构造、施工及受力特征；明确悬索桥施工控制工作的目的、重点和内容。(2)论述悬索桥结构分析理论及其发展历程，总结这些理论的特点和适用范围，给出使用建议；比较有限元法与解析法在缆索结构
48、线形计算中的优缺点。(3)论述解析计算方法的基本原理，针对已有悬索桥主缆线形计算的解析法的不足之处，推导精确的线形解析计算理论分段悬链线理论的有关计算公式，编制相应的计算程序。(4)论述悬索桥猫道结构的构造和架设方法，利用单索计算理论及分段悬链线理论进行猫道施工控制计算，给出猫道承重索无应力长度计算，承重索空索标高计算以及温度效应分析的具体方法，编制相应的计算程序。提出猫道承重索架设控制的内容及线形调整的方法，论述猫道对主缆架设过程的影响。利用背景工程的算例对所述方法进行说明。(5)论述悬索桥主缆结构分析与施工控制计算的基本原理，基于单索计算理论及分段悬链线理论，提出主缆施工控制计算的内容及方
49、法，包括主缆索股无应力长度、主缆成桥线形、吊索无应力长度、空缆线形及预偏量、空缆索夹安装位置等的计算方法；分析主缆系统的温度效应以及索塔偏位对索股架设线形的影响。针对主缆架设各个阶段，提出施工控制的方法和要求。第二章悬索桥结构分析理论综述第二章悬索桥结构分析理论综述悬索桥在静荷载下的结构行为是决定悬索桥结构设计的主要依据之一，因此，关于静力分析理论和方法的研究，就成了悬索桥理论研究中最重要和最基本的部分。关于悬索桥的静力分析，传统上一般将其分解为三个力学系统单独进行，包括竖直荷载作用下的结构分析、横向荷载作用下的结构分析和偏心荷载作用下的结构分析。随着计算机和有限元法的结合及应用，空间三维有限元分析法逐渐应用于悬索桥的整体空间结构分析，成为一种重要的分析方法。21悬索桥在竖向荷载作用下的结构分析悬索桥在竖向荷载作用下的计算是悬索桥设计计算中最重要的内容之一，也是主要构件设计的重要依据。悬索桥在竖向荷载下的结构分析理论，按其发展过程，主要经历了弹性理论、挠度
