大跨度钢斜拉桥施工全过程误差传播机理及其最优调控理论研究

大跨度钢斜拉桥结构纤柔、施工期长、施工工序复杂等特性对施工控制提出了新的挑战。围绕全过程控制条件下大跨度钢斜拉桥施工误差的传播及调控这一核心问题，结合其施工全过程的力学行为特性及其全过程施工控制的技术特点和工程实际，通过理论研究、仿真分析、现场实测以及工程实践验证，从构件和结构多个层面揭示大跨度钢斜拉桥误差传播规律及其调控机理。采用多尺度误差传播新理念，建立大跨度钢斜拉桥的施工全过程多尺度误差传播模型，揭示不同尺度误差的传播途径及其相互之间的耦合规律；探明不同类型误差在斜拉桥施工全过程中的调控规律并发展相应的误差最优调控理论；基于误差传播模型及误差调控理论对于全过程控制条件下不同施工阶段的控制精度指标进行系统研究，提出大跨度钢斜拉桥关键构件制造及安装施工全过程的控制精度指标确定方法。研究成果可为大跨度钢斜拉桥的高质量建设提供科学依据，具有重要的理论意义和工程应用价值。

实施有效的施工控制是大跨度斜拉桥高质量建成的基本前提，施工误差效应及其控制理论是施工控制的核心研究课题。本项目针对施工误差在大跨度钢斜拉桥施工全过程中的传播机理及其最优控制问题进行了系统深入的研究，所取得的主要研究成果包括：1.建立了大跨度斜拉桥全过程自适应施工控制理论体系及其控制系统；2.基于有限元理论和能量法原理，推导了施工误差效应传播方程；3.对于大跨度钢斜拉桥施工全过程的误差传播过程及效应特性进行了深入研究，阐明了误差效应的传播机理；4.基于最优权值组合法、D-S证据理论和灰色神经网络，提出了大跨度斜拉桥施工全过程误差效应预测的混合方法。研究表明，该方法能够实现施工全过程误差效应特性的高精度预测，可为大跨度斜拉桥全过程误差最优控制提供科学依据；5.基于最优控制理论，建立了适用于施工全过程控制的大跨度斜拉桥误差调控方法，该方法可显著降低成桥阶段的结构状态误差水平，对于促进大跨度钢斜拉桥的发展具有重要意义；6.在对大跨度钢斜拉桥施工全过程系统可靠度问题的本质特性进行深入研究的基础上，引入结构系统极限状态曲面的概念，利用支持向量分类算法（SVC）对于大跨度钢斜拉桥施工关键阶段的失效曲面进行直接重构，结合LHS抽样迁移策略，建立了结构系统可靠度的SVC抽样迁移算法。研究表明，该算法可在较小抽样条件下实现复杂结构系统可靠度指标的高精度求解，且具有优越的收敛能力，适用于大跨度钢斜拉桥施工全过程系统可靠度问题研究，对于复杂结构系统可靠度研究具有普遍意义；7.采用试验研究和理论研究相结合的研究方法，对正交异性钢桥面板的疲劳易损部位、疲劳强度、疲劳性能评估方法和抗疲劳优化设计问题进行了深入系统的研究，提出了包括三维疲劳裂纹扩展的数值模拟方法、基于热点应力和损伤力学的关键疲劳易损部位疲劳性能评估方法等在内的正交异性钢桥面板疲劳性能评估方法，揭示了正交异性钢桥面板结构的疲劳性能的关键影响因素及其疲劳失效机理。研究成果体现了大跨斜拉桥施工控制误差传播机理及其控制理论等基本科学问题的突破，大跨钢斜拉桥施工全过程系统可靠度分析方法和正交异性钢桥面板疲劳破坏机理等方面的研究成果，为建立融合质量控制与安全控制、能够实现全寿命过程性能最优的新一代广义大跨度钢斜拉桥施工控制系统的奠定了理论和方法基础，对于提升我国斜拉桥的建设水平、促进大跨度斜拉桥的发展具有重要的理论意义和工程应用价值。