大跨度钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工控制与模型试验研究

论文摘要

随着我国交通事业的不断发展,桥梁结构不断向大跨度、高强度混凝土方向发展。当钢筋混凝土拱桥施工现场周边没有预制场地或预制件运输困难时,悬臂浇注施工拱圈较为经济,且具有施工方便、结构整体性好、后期维护少、维修简便的独特优势。考虑到西部山区交通建设的实际情况,多数道路需穿越高山、深谷,大跨度钢筋混凝土拱桥在技术、经济上与其他桥型相比具有较明显的优势,进行山区钢筋混凝土拱桥施工新工艺研究具有现实意义。钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工工艺在国内首次采用,在收集国内外相关资料和深入分析国内外研究成果的基础上,本文围绕该课题存在的问题,进行了如下问题的研究工作:1、在收集国内外相关资料和深入分析国内外研究成果的基础上,参照斜拉桥、连续梁桥及其他桥型悬臂浇注施工时的控制方法及计算分析理论,分析了钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工误差的来源和类型,并提出了消除误差的方法;对钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工的控制方法进行研究,建立一套适于钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工控制体系。2、将应力平衡法引入到钢筋混凝土拱桥悬臂浇注合理施工状态的确定中,推导了求解拱圈悬臂浇注施工时中间索力合理范围的公式,并编制了相应的MATLAB程序进行求解。将“单元生死技术”引入到钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工过程的模拟分析中,基于ANSYS中的APDL语言编制了钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工阶段分析的程序,并编制出相应的ANSYS命令流程序,以实现施工仿真分析的程序化、简单化,提出了钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工时锚索索力确定的方法。3、提出悬臂浇注施工拱圈合拢前的索力调整可有效地改变成桥后拱圈的内力分布,并建立拱圈合拢前索力优化问题的数学模型。利用多目标、多约束优化算法编制了相应的MATLAB程序,对白沙沟1_#桥拱圈合拢前索力优化进行研究,并对拱圈合拢后扣索的拆除顺序进行了探讨。4、为了减小大跨度钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工过程中的施工控制误差,对依托工程白沙沟1~#桥悬臂浇注施工时引起施工误差的参数进了敏感性分析。从而确定出该桥的主要设计参数,在此基础上,利用最小二乘法对这些参数进行识别,估计出各参数的真实值,以消除施工控制中结构设计参数误差。5、以西昌至攀枝花高速公路上的白沙沟1~#大桥为工程背景,进行室内钢筋混凝土拱桥悬臂浇筑施工模型试验,测试了拱圈的变形、控制断面的应力、扣索索力;并采用应力平衡法进行索力优化和拱圈合拢前索力调整,将计算结果与实测结果进行对比分析。结果表明,拱圈的变形、控制断面的应力、扣索力实测值与计算值符合较好,拱圈在施工过程中是安全的,钢筋混凝土拱桥悬臂浇筑施工工艺是可行的。通过模型试验,验证了钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工过程中索力调整方法和合拢前索力优化算法的合理性,并验证了拱圈进行悬臂浇注施工的安全性和工艺的可行性。最后,对建成后的主拱进行极限承载力测试,表明利用悬臂浇注施工方法建成的拱圈有很大的安全贮备。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 钢筋混凝土拱桥的发展
• 1.1.1 国外钢筋混凝土拱桥的发展现状
• 1.1.2 国内钢筋混凝土拱桥的发展现状
• 1.2 钢筋混凝土拱桥的施工方法
• 1.2.1 有支架施工法
• 1.2.2 缆索吊装法
• 1.2.3 劲性骨架法
• 1.2.4 转体施工法
• 1.2.5 悬臂施工法
• 1.2.6 组合施工法
• 1.3 钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工技术
• 1.4 桥梁施工监控技术的发展
• 1.4.1 国外研究发展状况
• 1.4.2 国内研究发展状况
• 1.5 选题的重要性
• 1.5.1 钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工存在的问题
• 1.5.2 选题的目的和意义
• 1.6 本文的研究内容
• 1.6.1 本文研究的工程背景
• 1.6.2 本文研究的主要内容
• 第2章 大跨度钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工控制理论研究
• 2.1 大跨度桥梁的施工控制方法
• 2.2 钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工控制方法
• 2.2.1 钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工控制的概念和要点
• 2.2.2 影响钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工控制的因素
• 2.2.3 钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工控制体系
• 2.3 小结
• 第3章 索力优化理论与施工阶段分析程序编制
• 3.1 钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工控制中的优化问题
• 3.2 钢筋混凝土拱桥悬臂浇注合理施工状态确定方法
• 3.3 拱桥悬臂浇注施工阶段分析方法
• 3.3.1 施工阶段模拟方法
• 3.3.2 混凝土徐变模拟方法
• 3.3.3 温度效应的模拟方法
• 3.4 钢筋混凝土拱桥悬臂浇注合理成桥状态确定方法
• 3.4.1 多目标优化问题的基本概念
• 3.4.2 多目标、多约束优化问题的评价函数法
• 3.4.3 一般约束最优化问题的PHR算法
• 3.4.4 变尺度法介绍及计算过程
• 3.4.5 钢筋混凝土拱桥悬臂浇注合理成桥状态确定优化算法
• 3.5 程序的编制与实现
• 3.6 小结
• #桥悬臂浇注施工过程受力行为研究'>第4章 白沙沟1^#桥悬臂浇注施工过程受力行为研究
• 4.1 概述
• 4.2 计算模型
• 4.3 索力调整结果与分析
• 4.3.1 施工阶段索力调整
• 4.3.2 拱圈合拢前索力优化
• 4.3.3 施工过程中锚索调整方法
• 4.4 扣锚索拆除问题探讨
• 4.5 最大悬臂状态时稳定性分析
• 4.6 小结
• 第5章 大跨度钢筋混凝土拱桥悬臂浇注最优控制
• 5.1 引言
• 5.2 参数敏感性分析
• 5.2.1 拱圈自重误差对钢筋混凝土拱桥悬浇施工静力行为的影响
• 5.2.2 索力张拉误差对钢筋混凝土拱桥悬浇施工静力行为的影响
• 5.2.3 拱圈刚度误差对钢筋混凝土拱桥悬浇施工静力行为的影响
• 5.2.4 拉索刚度误差对钢筋混凝土拱桥悬浇施工静力行为的影响
• 5.2.5 混凝土收缩、徐变对拱桥悬臂浇注施工静力行为的影响
• 5.2.6 温度对钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工静力行为的影响
• 5.3 钢筋混凝土拱桥悬臂浇注最优控制
• 5.3.1 成桥目标
• 5.3.2 调控方法
• 5.3.3 钢筋混凝土拱桥悬臂浇注最优控制的最小二乘法
• #桥施工控制成果'>5.4 白沙沟1^#桥施工控制成果
• 5.4.1 施工控制中的参数识别与控制
• 5.4.2 大跨度钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工控制精度目标值
• #桥施工控制成果'>5.4.3 白沙沟1^#桥施工控制成果
• 5.5 小结
• 第6章 大跨度钢筋混凝土拱桥悬臂浇注施工模型试验
• 6.1 试验目的及意义
• 6.2 试验模型设计
• 6.2.1 几何尺寸
• 6.2.2 模型材料
• 6.2.3 试验模型施工
• 6.3 试验模型索力优化
• 6.3.1 试验模型施工控制原则
• 6.3.2 试验模型索力优化
• 6.4 测试内容及测试方法
• 6.4.1 测试截面及测点布置
• 6.4.2 测试方法
• 6.5 小结
• 第7章 模型试验结果与分析
• 7.1 应力测试
• 7.2 位移测试
• 7.2.1 拱圈位移测试
• 7.2.2 塔架位移测试
• 7.3 索力测试
• 7.4 极限承载力测试
• 7.4.1 测点布置
• 7.4.2 M～N破坏曲线
• 7.4.3 加载断面选择
• 7.4.4 破坏力的确定
• 7.4.5 破坏试验加载
• 7.4.6 试验结果分析
• 7.5 小结
• 7.5.1 结论
• 7.5.2 建议
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的论文及参加的科研项目