连续钢梁桥顶推施工程序设计及受力优化研究

论文摘要

本文以武汉二七长江大桥汉口侧6×90m钢槽梁顶推施工为工程背景,围绕变曲率竖曲线连续钢梁桥顶推过程中的受力特性以及实际施工监控的需要,编制了连续钢梁桥顶推整体仿真计算程序;对顶推整体仿真分析中不能反映的悬臂根部钢槽梁局部受力进行详细的局部受力分析,并对局部模型边界条件的不同处理方法进行对比研究。在此基础上,为保证钢梁桥顺利进行顶推,对临时墩墩顶滑道顶面标高进行仿真优化以及提出通过引入拓扑优化方法确定钢主梁顶推截面传力路径。主要研究内容有如下几个方面:(1)采用力法原理探讨了变曲率竖曲线连续钢梁桥顶推施工的解析法分析;(2)根据实际施工的需要,编制了能快速、准确模拟钢梁桥顶推施工全过程的计算程序(ANSYS的APDL语言和C语言程序),并通过对商用程序midas2006的计算结果、论文所依托的实桥测试值以及程序计算结果相互对比,验证了程序的可靠性;(3)考虑到支反力分布的不均匀性以及钢槽梁在支撑处转角位移对钢槽梁受力的影响,选择最大悬臂工况下支撑处钢槽梁进行局部受力分析,并重点探讨了局部模型边界条件的不同处理方法;(4)在顶推仿真计算的基础上,考虑到顶推过程导梁、临时墩受力有超标问题,提出临时墩墩顶滑道顶面标高优化方案,并借助本文所编制的APDL语言和C语言程序确定优化方案;(5)目前有些采用顶推法施工的钢桥设计,就顶推施工阶段受力而言存在有不足之处。针对此种情况,本文通过引入拓扑优化方法确定现已采用顶推法施工的钢主梁截面在顶推过程中的传力路径,为同类桥梁的设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 顶推法的起源与发展
• 1.2 钢桥顶推的发展
• 1.3 钢桥顶推数值计算的研究现状
• 1.4 论文的工程背景
• 1.5 本文的主要内容及研究意义
• 第二章 连续钢梁桥顶推施工的解析法分析
• 2.1 连续钢梁顶推施工流程介绍
• 2.2 连续钢梁顶推施工力学模型建立及求解
• 2.2.1 简支悬臂体系力学模型建立及求解
• 2.2.2 单悬臂体系力学模型建立及求解
• 2.2.3 连续体系力学模型建立及求解
• 2.3 小结
• 第三章 连续钢梁桥顶推施工程序编制及验证
• 3.1 APDL 语言和C 语言简介
• 3.2 程序编制
• 3.2.1 参数化数组文件建立
• 3.2.2 模型建立
• 3.2.3 数据文件输出
• 3.2.4 数据文件后处理
• 3.3 基于MIDAS2006 平台连续钢梁桥顶推仿真模型建立
• 3.3.1 工程概况
• 3.3.2 材料特性
• 3.3.3 建模思路
• 3.4 程序验证
• 3.4.1 导梁前端挠度对比
• 3.4.2 钢槽梁及导梁的顶、底板应力对比
• 3.4.3 临时墩、主墩反力对比
• 3.5 小结
• 第四章 钢主梁支承位置处局部受力分析
• 4.1 概述
• 4.2 单元的选择及建模
• 4.2.1 软件及单元类型的选择
• 4.2.2 建模方法的选择及原理
• 4.2.3 混合有限元模型的几个关键问题
• 4.2.4 混合有限元模型的建立
• 4.3 结果对比分析
• 4.3.1 接触长度及反力分布对比
• 4.3.2 导梁前端挠度对比
• 4.3.3 应力结果对比
• 4.4 结论
• 第五章 临时墩墩顶滑道顶面标高优化
• 5.1 概述
• 5.2 优化算法原理
• 5.3 优化模型的约束及目标条件确定
• 5.3.1 约束条件数学表达式建立
• 5.3.2 目标条件数学表达式建立
• 5.4 数学优化模型确定
• 5.4.1 临时墩墩顶滑道标高优化原理
• 5.4.2 优化数学模型建立
• 5.5 优化模型仿真分析
• 5.6 优化模型计算结果
• 5.7 结论
• 第六章 顶推连续钢梁截面拓扑优化
• 6.1 概述
• 6.2 顶推法施工的钢桥主梁设计现状
• 6.3 拓扑优化简介
• 6.4 钢主梁截面拓扑优化
• 6.5 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录