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系杆拱桥是由拱、系杆(或系梁)、吊杆等构件协同工作而形成的组合结构桥梁,以系杆承受拱脚水平推力为主要特征,可适用于各种软土地基,因此,该桥型在全国范围内均被广泛应用。在系杆拱桥中,吊杆是联系拱肋和系梁的荷载传递构件,其索力的变化会直接影响结构的内力状态,因此吊杆张拉过程是系杆拱桥施工中的一个关键工序。而吊杆索力的确定和实现是一个比较复杂的过程,包括施工张拉控制力的确定和对张拉过程的控制,已经成为系杆拱桥研究和施工监控中的一个热点问题和难点问题。
同时,对吊杆张拉问题的研究还必须建立在准确的索力测试结果的基础上。目前索力测试手段迥异,但各有优缺点,因此对吊杆索力测试技术也需要进行更深入地研究。
本文以马鞍山采东桥为工程背景,通过理论分析和试验研究,对系杆拱桥吊杆张拉过程的分析和施工控制展开研究,同时对索力测试方法提出改进。论文主要工作内容包括：
(1)比较了目前常用的吊杆张拉分析方法,分析了各种方法的优势与不足。在既有方法的基础上,引入吊杆初始缺陷长度的概念,利用刚度法理论推导了基于初始缺陷长度的吊杆张拉分析方法。初始缺陷长度作为状态量是由设计目标状态直接确定的,与结构成形过程和施工方法无关,可方便地建立成桥状态与施工过程中间状态的联系。因此,该方法可较好地解决吊杆分批张拉复杂施工过程的分析问题。
(2)推导了求解吊杆初始缺陷长度的初始缺陷迭代法,为使初始缺陷迭代法在ANSYS中得以实现,提出了降温迭代法,并编制了相应的计算程序。采用本文方法对背景工程进行了吊杆张拉全过程的分析,得到了吊杆施工张拉控制力,从而为该桥张拉方案的制定及施工过程的监控提供了重要依据。张拉完毕的索力实测结果与目标索力的比较表明了本文方法的正确性。
(3)施工过程中,实际结构与有限元分析模型不可避免存在差异,采用初始缺陷迭代法等理论确定的吊杆张拉方案,并不能使结构的内力状态达到设计目标状态,因此需根据结构的实际状态对施工过程进行控制。本文对这一问题进行了研究,应用基于监测值的施工方案决策方法,对背景工程的吊杆张拉过程进行了控制,保证该工程的吊杆张拉达到设计要求。
(4)对索力测试问题进行研究,从吊杆振动方程出发,通过引入不同边界条件下吊杆的形状函数,运用能量原理,推导出基于前2阶固有频率的索力实用计算公式。该公式综合考虑了边界条件和抗弯刚度的影响,计算过程简捷,且将抗弯刚度作为隐式计算参数,回避了其难以准确识别的问题。以马鞍山采东桥索力实测为例,将本文公式和其它公式的计算结果与索力实测值进行比较并加以分析,表明本文公式精度满足工程要求。