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叠合梁斜拉桥准无应力状态控制方法:理论、实践与创新

一、引言

1.1研究背景与意义

在现代桥梁建设领域,随着交通需求的持续增长以及对跨越能力要求的不断提升,斜拉桥作为一种高效且经济的桥梁结构形式,得到了广泛应用与迅速发展。叠合梁斜拉桥作为斜拉桥中的重要类型,融合了钢梁和混凝土桥面板的优点,具有结构轻巧、跨越能力大、施工便捷以及造型美观等诸多优势,在城市跨江、跨海大桥以及高速公路桥梁建设中扮演着举足轻重的角色。例如,苏通长江大桥、昂船洲大桥等世界著名的大跨度桥梁均采用了叠合梁斜拉桥结构,这些桥梁的成功建设,不仅极大地促进了地区间的交通联系与经济发展,也展示了叠合梁斜拉桥在复杂地理条件和交通需求下的卓越适应性。

然而,叠合梁斜拉桥的施工过程极为复杂,施工阶段众多,各施工步骤之间相互影响,且施工过程中受到材料特性、施工荷载、环境温度等多种因素的干扰,导致结构的内力和线形变化难以精确预测和控制。若施工控制不当,将使桥梁结构在成桥后出现内力分布不合理、线形偏差过大等问题,不仅影响桥梁的美观和正常使用功能,还可能危及桥梁的结构安全和耐久性。因此,寻求一种科学有效的施工控制方法,对于确保叠合梁斜拉桥的施工质量和安全至关重要。

准无应力状态控制方法作为一种先进的施工控制理念,以结构单元的无应力状态量(如斜拉索的无应力索长、钢梁的无应力线形等)作为控制主线,摆脱了传统施工控制方法中对结构施工过程和荷载历程的过度依赖。其核心观点在于,只要组成斜拉桥结构各个构件的无应力长度和无应力曲率确定,无论施工过程如何变化,结构施工完成后的最终内力状态和位移状态将保持不变。这一特性为斜拉桥的施工控制提供了全新的思路和方法,使得施工过程中的多工序同步作业成为可能,有效提高了施工效率和质量,降低了施工成本和风险。

研究叠合梁斜拉桥的准无应力状态控制方法,具有重要的理论意义和工程应用价值。从理论层面来看,该研究有助于深入揭示斜拉桥结构在施工过程中的力学行为和变形规律,丰富和完善桥梁施工控制理论体系,为桥梁工程领域的学术研究提供新的视角和方法。在工程实践中,准确运用准无应力状态控制方法,能够实现对叠合梁斜拉桥施工过程的精准控制,确保桥梁结构在施工各阶段以及成桥后的内力和线形满足设计要求,有效避免因施工误差导致的结构缺陷和安全隐患,保障桥梁的长期稳定运行和使用寿命。同时,该方法的成功应用还能够为类似桥梁工程的施工控制提供宝贵的经验和参考,推动桥梁工程技术的不断进步和创新,促进交通基础设施建设的可持续发展。

1.2国内外研究现状

斜拉桥作为一种重要的桥梁结构形式,其施工控制技术一直是桥梁工程领域的研究热点。在早期,斜拉桥施工控制主要依靠经验和简单的计算方法,随着计算机技术和有限元理论的发展,数值模拟方法逐渐成为斜拉桥施工控制分析的重要手段。其中,倒拆分析法在很长一段时间内被广泛应用于斜拉桥的施工控制计算中。该方法以结构的成桥状态为起点,按照架设顺序的相反顺序逐步拆除构件单元和荷载,计算相应阶段的索力和主梁安装位置,完成倒拆后再进行正装计算。这种方法重点关注斜拉桥的外荷载、结构内力和变形三个量,但结构内力和变形与结构体系、荷载及加载历程紧密相关,前后相互影响,一旦施工过程中出现意外情况或设计参数发生变化,就可能导致计算结果与实际情况产生较大偏差。

随着斜拉桥跨径的不断增大以及施工工艺的日益复杂,传统施工控制方法的局限性愈发明显。在此背景下,准无应力状态控制方法应运而生,并逐渐在斜拉桥施工控制中得到应用和发展。

国外对于斜拉桥施工控制及准无应力状态控制方法的研究开展较早。一些发达国家在桥梁建设过程中,不断探索和实践新的施工控制理念和技术,积累了丰富的经验。例如,日本在多多罗大桥等大跨度斜拉桥的建设中,对施工控制技术进行了深入研究,采用先进的监测手段和计算分析方法,确保了桥梁施工的顺利进行和结构的安全性能。美国在桥梁工程领域也拥有先进的技术和理论,在斜拉桥施工控制方面注重多学科交叉融合,利用高精度的测量设备和智能化的控制算法,实现对桥梁施工过程的精细化控制。然而,由于各国的工程实际情况和设计标准存在差异,国外的研究成果并不能完全适用于我国的叠合梁斜拉桥建设。

在国内,随着桥梁建设技术的飞速发展,叠合梁斜拉桥的建设数量不断增加,对于其施工控制技术的研究也取得了丰硕成果。秦顺全提出以结构单元的无应力状态量作为控制主线的斜拉桥安装的无应力状态控制法,并通过模型试验和多座大跨度斜拉桥的施工实践,验证了该方法的有效性和可靠性。该方法摆脱了传统施工控制方法对结构施工过程和荷载历程的依赖,只要确定了组成斜拉桥结构各个构件的无应力长度和无应力曲率,无论施工过程如何变化,结构最终的内力状态和位移状态都能得到保证,为斜拉桥施工控制提供了全新的思路和方法,也为实现安装阶段多工序同步

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