双壁钢吊箱施工技术研究

论文摘要

随着桥梁建设的发展,桥梁施工经常面临在深水中施工桥墩的情况,使现有施工技术面临严峻挑战。作为施工临时围水结构的钢吊箱对深水墩施工的进行有着至关重要的作用。钢吊箱在整个施工过程中受到多种荷载作用,其整体空间结构及关键连接节点在施工阶段的应力应变变化规律并不为人们所熟知。本文利用钢吊箱整体结构的空间有限元模型模拟结构在外荷载作用下的应力变化规律和变形情况,并研究其关键节点的应力变化规律和变形情况。因此本文通过静力计算考察其整体以及局部的应力变化规律和变形情况,预估其破坏状况及薄弱环节,提出补强措施,确定经济合理的设计目标和方法,无疑是有意义的。首先,本文从临时围水结构的结构形式、施工工艺方面总结分析了钢吊箱的施工方案比选。同时,对特大钢吊箱的关键施工技术及施工监测也进行了研究分析。然后在第四章,分析了有限元的基本理论;建立钢吊箱结构的空间整体计算模型;并分析了计算荷载和计算工况;对在整体起吊工况和抽水工况下的钢吊箱结构应力变化规律和变形情况进行了研究分析,并结合理论和施工监测数据验证了其计算的可靠性。最后,本文在研究整体钢吊箱结构的基础上,对其关键节点进行了研究分析。分析了关键节点的连接方式;并研究了连接构造对整体结构的影响;分析了关键节点在整体起吊工况和抽水工况下的应力变化规律和变形情况,给出了设计建议。相关结论可供今后类似工程的设计与施工参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 国内外桥梁深水基础发展状况
• 1.3 工程背景概述
• 1.3.1 工程概述
• 1.3.2 水文状况
• 1.3.3 气象状况
• 1.3.4 地质状况
• 1.4 本文研究的主要内容和关键技术路线
• 第2章 钢吊箱施工方案比选
• 2.1 结构比选
• 2.1.1 无底钢围堰与有底钢吊箱比选
• 2.1.2 双壁钢吊箱与单壁钢吊箱比选
• 2.1.3 侧包底结构形式与底包侧结构形式比选
• 2.2 施工工艺比选
• 2.2.1 现场拼装与整体吊装比选
• 2.2.2 分节下放与整体下放比选
• 2.2.3 常规千斤顶下放与计算机控制同步下放比选
• 2.3 施工难点和创新点
• 2.3.1 施工难点
• 2.3.2 创新点
• 2.4 研究小结
• 第3章 双壁钢吊箱施工技术分析
• 3.1 双壁钢吊箱结构设计
• 3.1.1 底板结构
• 3.1.2 壁板结构
• 3.1.3 加强桁架结构
• 3.1.4 内支撑结构
• 3.1.5 定位系统结构
• 3.1.6 悬吊系统结构
• 3.1.7 参数取值
• 3.1.8 设计工况分析
• 3.2 双壁钢吊箱施工工艺
• 3.2.1 双壁钢吊箱总体施工工艺
• 3.2.2 双壁钢吊箱的水上拼装
• 3.3 双壁钢吊箱整体下放
• 3.3.1 整体下放难点
• 3.3.2 施工应对措施
• 3.3.3 下放实施
• 3.4 双壁钢吊箱定位技术
• 3.4.1 定位难点及对策
• 3.4.2 平面位置、垂直度及标高调整控制实施
• 3.5 双壁钢吊箱施工监测
• 3.5.1 监测内容
• 3.5.2 监测仪器
• 3.5.3 测点布置
• 3.5.3.1 测点数量
• 3.5.3.2 底板主梁测点布置
• 3.5.3.3 桁架测点布置
• 3.5.3.4 起吊支座测点布置
• 3.5.3.5 壁体测点布置
• 3.5.3.6 内支撑钢管测点布置
• 3.5.3.7 拉压杆测点布置
• 3.5.3.8 水平位移监测孔布置
• 3.5.4 监测频率
• 3.5.5 监测结果及分析
• 3.6 双壁钢吊箱底板封堵技术
• 3.6.1 封堵施工工艺
• 3.6.2 封堵效果监测
• 3.7 封底混凝土施工
• 3.7.1 施工难点及相应技术措施
• 3.7.2 自流平混凝土设计
• 3.7.3 封底混凝土的浇筑工艺
• 3.7.3.1 导管布设
• 3.7.3.2 首盘封底混凝土的浇筑
• 3.7.3.3 正常浇筑封底混凝土
• 3.7.3.4 封底混凝土的最终浇筑
• 3.8 研究小结
• 第4章 钢吊箱整体有限元模型建立及问题分析
• 4.1 空间有限元的基本原理
• 4.1.1 弹性力学基本方程
• 4.1.2 等参单元
• 4.2 计算荷载及工况
• 4.2.1 计算荷载
• 4.2.2 工况荷载组合及计算工况
• 4.3 单元选取及单元特性
• 4.3.1 单元选取
• 4.3.2 单元特性
• 4.3.2.1 PIPE16单元特性
• 4.3.2.2 SHELL63单元特性
• 4.3.2.3 BEAM188单元特性
• 4.4 边界条件的选取
• 4.5 整体模型计算与应力分析
• 4.5.1 整体起吊工况整体模型计算与分析
• 4.5.2 抽水工况整体模型计算与分析
• 4.6 研究小结
• 第5章 关键节点应力分析及研究
• 5.1 关键节点的连接构造
• 5.1.1 壁板与底板的连接
• 5.1.2 内壁板与外壁板的连接
• 5.1.3 转角处壁板与壁板的连接
• 5.1.4 内支撑与内壁板的连接
• 5.1.5 封底混凝土与钢护筒的连接
• 5.1.5.1 握裹力试验模型
• 5.1.5.2 试验仪器及测试原理
• 5.1.5.3 试验步骤
• 5.1.5.4 试验实施
• 5.1.5.5 试验结果及分析
• 5.1.6 底板桁架与内壁板的连接
• 5.1.7 上层底板与下层底板的连接
• 5.2 关键节点连接构造对钢吊箱的结构影响
• 5.2.1 焊接对钢吊箱的结构影响
• 5.2.1.1 焊接应力对钢吊箱结构的影响
• 5.2.1.2 焊接变形对钢吊箱结构的影响
• 5.2.1.3 减小焊接应力和焊接变形的措施
• 5.2.2 握裹力连接对钢吊箱结构的影响
• 5.3 整体起吊工况关键节点应力分析
• 5.3.1 起吊基座模型应力分析
• 5.3.2 壁板与底板连接节点应力分析
• 5.3.3 内壁板与外壁板构造连接节点应力分析
• 5.3.4 转角处壁板与壁板连接节点应力分析
• 5.3.5 内支撑与内壁板连接节点应力分析
• 5.3.6 底板桁架与内壁板连接节点应力分析
• 5.3.7 上层底板和下层底板连接节点应力分析
• 5.3.8 整体起吊工况节点应力研究分析
• 5.4 抽水工况关键节点应力分析
• 5.4.1 壁板与底板连接节点应力分析
• 5.4.2 内壁板与外壁板构造连接节点应力分析
• 5.4.3 转角处壁板与壁板连接节点应力分析
• 5.4.4 内支撑与内壁板连接节点应力分析
• 5.4.5 封底混凝土与钢护筒连接节点应力分析
• 5.4.6 底板桁架与内壁板连接节点应力分析
• 5.4.7 上层底板和下层底板连接节点应力分析
• 5.4.8 抽水工况节点应力研究分析
• 5.5 关键节点设计展望
• 第6章 结论与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果