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钢管混凝土拱桥施工监控方法研究及工程应用

陈少峰  
【摘要】: 钢管混凝土拱桥特别大跨度钢管混凝土拱桥是我国近年来发展起来的一种桥梁结构,这类桥具有强度高、刚度大、自重轻、桥型美观、跨越能力强、施工周期短的优点。它比较好地解决了修建桥梁所要求的用料省、安装重量轻、施工简便、承重能力大的诸多矛盾,是大跨度拱桥的一种比较理想的结构形式。钢管混凝土拱桥施工监控技术、钢管拱肋拼装阶段索力优化调整技术、钢管混凝土拱桥混凝土徐变规律及钢管混凝土拱桥施工阶段未完全结构风致抖振控制等关键技术是保证其顺利实施的关键,本论文针对钢管混凝土拱桥施工监控中的这些关键问题进行了深入的研究。主要研究内容如下: 1.钢管混凝土拱肋施工过程中的索力预控技术及索力优化研究。利用钢管拱材料均质、力学理论计算准确这一特性,将钢管拱理论计算与观测值之差作为数据序列,并以此建立灰色预控模型,从而实现控制误差预测预控。通过建立以多阶段拱肋预抬高值平方和为目标函数、索力安全系数、钢管控制断面、控制点标高为约束条件的非线性优化模型,并采用了基于遗传及迭代优化算法求解各个施工阶段的索力和预抬高值,从而实现一次性优化调索。 2.钢管混凝土拱桥施工阶段未完全结构风致抖振控制技术研究。以钢管拱肋施工阶段未完全结构为对象,以Scanlan理论为基础,建立了考虑脉动风影响的桥面系和拱肋的抖振力模型,其中桥面系的抖振力模型中考虑了风的初始攻角和桥面转动的影响,拱肋的抖振力由于其截面形状的特点只考虑不同方向风的阻力作用。研究表明:对不同的风速,以静力形式施加的风荷载所产生的拱肋各点竖向位移比较接近,而拱肋各点的横向位移则相差较大;同样的风速下,悬臂端的抖振横向位移较静力横向位移大。即只考虑静力作用是不安全的,对采用缆索吊装-斜拉扣挂施工的钢管混凝土拱桥而言,在施工阶段也有必要对其进行风致抖振分析。 3.钢管混凝土拱肋混凝土徐变效应研究。通过对混凝土基本徐变理论的分析,及主要混凝土徐变的计算理论、徐变系数计算模式的系统比较和总结,针对钢管混凝土拱桥提出了混凝土基本徐变影响系数及混凝土包络徐变影响系数的概念,并给出了适合钢管拱内环境、受力以及工作条件下的徐变系数计算模式以及混凝土徐变的计算方法。采用本文提出的方法,针对各种施工工况和工作环境分别通过有限元理论分析和施工现场钢管应力的实时数据,得到了钢管混凝土拱桥的混凝土包络徐变影响系数,并给出其发展趋势。通过比较同种情况下空钢管拱肋与钢管混凝土拱肋的钢管应力值,分析推断混凝土徐变效应在钢管混凝土拱肋不同控制截面的影响程度,为钢管混凝土拱桥设计考虑混凝土徐变效应提供依据及准则。


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