钢管混凝土提篮拱桥施工监控技术研究

论文摘要

钢管混凝土拱桥由于其充分发挥了钢材和混凝土两种材料的性能,并对桥梁施工方法有良好的适应性,近年来获得了快速发展。本文结合浙江常山南门溪大桥施工监控项目,就南门溪下承式钢管混凝土提篮拱桥施工监控中主要工作之一桥梁结构仿真分析及拱肋施工过程的稳定等问题展开研究。针对施工控制中的结构仿真分析,本文采用双单元法模拟实际拱肋结构,实践证明双单元法可以很好的解决拱肋刚度取值、液态混凝土荷载施加等问题,提高了施工过程结构分析的准确度。另就南门溪大桥吊杆张拉力进行了研究,计算了成桥后的调索影响矩阵,给出了初始张拉力和不同施工阶段的吊杆力值,以指导施工和吊杆索力测试。拱的稳定问题由来已久,本文针对拱肋成拱过程进行了稳定性分析,线弹性稳定是拱肋稳定承载能力的上限值,为了得到相对真实的拱肋稳定承载能力,除了进行线弹性稳定分析外,还计算分析了考虑结构几何非线性以及材料非线性的双重非线性稳定,其结果将用来指导工程施工。拱肋截面温度场是钢管混凝土拱桥的一个待探索问题。根据施工组织设计安排,南门溪大桥拱肋混凝土泵送在一月份,即属冬季施工。外界环境温度低而拱肋混凝土水化放热,这势必在拱肋截面产生不均匀温度场,在超静定结构中将导致温度次内力。结合现场气候条件,本文就拱肋混凝土水化温度场进行了计算分析。设计参数误差是引起实际施工状况和理论值存在偏差的主要原因,但各参数对结构的影响大小不同,即各参数具有不同的敏感性。施工控制中有必要确定各设计参数的敏感情况。本文针对南门溪大桥的结构设计参数进行了敏感性分析,分析得到了主要设计参数,在施工监控中应加强对这些参数的识别。最后,本文对现场实测数据进行了分析,就这些数据所反映的实际施工情况进行探讨,得出了一些有益的结论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 钢管混凝土拱桥发展概况
• 1.1.1 钢管混凝土拱桥的历史与发展现状
• 1.1.2 钢管混凝土拱桥的施工方法
• 1.1.3 钢管混凝土拱桥的发展趋势及存在的问题
• 1.2 钢管混凝土提篮拱桥施工监控的目的和意义
• 1.3 桥梁施工监控技术的发展概况
• 1.4 钢管混凝土提篮拱桥施工监控中存在的问题
• 1.5 本文的工程背景及主要研究内容
• 1.5.1 本文的工程背景
• 1.5.2 本文主要的研究内容
• 第二章 上部结构仿真计算分析
• 2.1 桥梁施工控制结构分析方法
• 2.2 桥梁结构分析的有限元原理
• 2.2.1 有限元基本原理
• 2.2.2 杆系有限元理论
• 2.3 南门溪大桥结构空间分析有限元模型
• 2.4 南门溪大桥施工过程计算分析
• 2.4.1 南门溪大桥施工工况
• 2.4.2 南门溪大桥施工阶段变形计算
• 2.4.3 南门溪大桥预拱度计算
• 2.4.4 南门溪大桥施工阶段应力计算
• 2.4.5 南门溪大桥吊杆调索计算
• 2.5 本章小结
• 第三章 拱肋施工过程稳定性分析
• 3.1 拱桥的稳定问题
• 3.1.1 两类稳定问题
• 3.1.2 稳定性准则
• 3.2 稳定问题的求解
• 3.2.1 稳定问题的梁单元刚度分析
• 3.2.2 第一类稳定问题的有限元求解
• 3.2.3 第二类稳定问题的有限元计算理论
• 3.3 南门溪大桥拱肋施工过程的稳定性分析
• 3.3.1 拱肋成拱过程概述
• 3.3.2 有限元分析模型
• 3.3.3 线弹性屈曲分析
• 3.3.4 考虑几何非线性的屈曲分析
• 3.3.5 双重非线性屈曲分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 拱肋水化热温度场分析
• 4.1 钢管混凝土拱桥的拱肋水化热问题
• 4.2 水化热温度场计算原理
• 4.3 南门溪大桥拱肋水化热温度场分析
• 4.3.1 拱肋水化热分析模型
• 4.3.2 拱肋水化热温度场分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 设计参数敏感性分析及现场监控
• 5.1 施工控制误差分析
• 5.1.1 设计参数误差
• 5.1.2 施工误差
• 5.1.3 测量误差
• 5.1.4 结构分析模型误差
• 5.2 设计参数敏感性分析
• 5.2.1 结构刚度敏感性分析
• 5.2.2 结构容重敏感性分析
• 5.2.3 环境温度敏感性分析
• 5.2.4 参数敏感性分析总结
• 5.2.5 参数误差估计的最小二乘法
• 5.3 现场监控的实施
• 5.3.1 监控点的布设
• 5.3.2 监控数据分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文研究的结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的主要科研成果