500 m级钢管拱桥成拱计算与控制方法

在大跨径的钢管混凝土拱桥中，钢管拱肋的斜拉扣挂成拱过程面临计算困难、大悬臂结构频繁调整、成拱状态偏离等难题。在成拱的理论计算方面，引入了基于无应力参数精确控制的成拱控制方法，明确了大跨径钢管拱斜拉扣挂施工过程控制目标。基于该控制方法，构建了钢管拱桥的成拱计算理论方法。该计算理论首次给出了钢管拱肋合龙前后的力学状态联系方程，建立了成拱后拱肋线形误差与施工过程索力的数学关系，构建了同时考虑施工全过程约束条件与成拱后线形偏差的一次调索优化模型。该一次调索优化模型可在任意给定的成拱线形误差范围和施工过程中的塔偏、封铰、合龙等耦合约束条件下，求解最优的扣背索一次张拉索力。在成拱施工控制方面，首次提出采用三维扫描技术进行大型钢管拱肋的无应力参数精确控制与检测方法，给出了详细的封铰控制、拱肋节段无应力参数控制和合龙控制的具体实施方法。在跨径为507 m的合江长江公路大桥的建设全过程,采用了所提出成拱计算理论与控制方法。实践表明:所提出的成拱计算理论具有控制目标少、计算目标明确、索力分布与张拉最优的优点；所提出的控制方法确保了钢管拱肋制造与安装无应力尺寸的精度，极大地减少了施工过程中拱肋线形误差调整次数。大桥拱肋成拱后实测结果表明，拱肋线形与应力状态与一次落架状态吻合良好。     

基于激光扫描实测索形的斜拉索索力测量方法

为了解决现有的斜拉桥索力测量方法在精度、可靠性、效率等方面仍存在的不足，首次提出了一种由实测索形直接估计索力的新方法，简称索形法。采用在斜拉索上任意截取的拉索节段构建了悬链线力学模型，基于悬链线公式，首次推导了由实测索形点集精确估计拉索张力的计算公式。地面激光扫描技术被研究用于快速捕获斜拉索索形，开发了基于扫描点云自动化精确提取拉索中心线的算法。以在建的水土嘉陵江大桥为试验对象，详细分析了三维扫描测量误差、拉索截面弯曲刚度及边界条件和拉索局部弯曲变形、拉索振动等索形偏差因素及其对索力计算精度的影响。研究结果表明：已知拉索直径条件下，三维扫描实测索形误差为0.000 4~0.001 5 m之间，测量误差引起的索力计算误差在0.2%以内；拉索弯曲刚度与锚固边界条件引起的索形与标准悬链线形的偏差较小，对索力计算精度的影响可以忽略不计；当拉索自振振幅小于R/4时，三维扫描仍能精确测量拉索的索形；在多种索形偏差的叠加下，所提出的索力计算方法能够实现数值计算的最优估计。对比索形法和被精确标定的千斤顶的测试结果表明，索形法的索力测量值与千斤顶测量值吻合，最大偏差为0.9%，证明了该方法具有较高的索力测量精度；与频率法对比结果表明，所提出方法的数据采集效率提高了8倍，并且具有自动化程度高、测量风险低、测量结果可靠性强等优点。