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《华南理工大学》 2012年
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大跨度钢桁架拱桥预拱度设置及拼装误差理论研究

蔡禄荣  
【摘要】:随着我国高速铁路建设的发展,客运专线对大桥的安全性和舒适性提出了更高要求,桥梁结构需要具有足够的竖向刚度、一定的横向刚度和匀顺的成桥线形。除制造误差(包括材料的物理参数和杆件的几何尺寸误差)之外,预拱度设置和螺栓对孔拼装精度是决定大跨度钢桁架拱桥成桥线形的主要因素。为了使成桥状态与设计要求更加吻合,本文从当前钢桁架拱桥的设计计算方法和施工工艺出发,研究了若干影响落梁线形的关键技术。主要完成了以下研究工作: (1)理论预拱度计算有限元模型特殊区域等效处理 针对大跨度钢桁架拱桥理论预拱度计算的常用梁单元计算模型不方便直接考虑整体节点构造和横隔板加强等缺陷问题,选取具有普遍性特点的桁架杆件,通过建立实体模型和梁单元模型,对整体节点翼板、采用高强螺栓附加拼接板的弦杆连接特性、弦杆横隔板的影响和竖杆、斜腹杆与弦杆节点的连接分别作数值对比分析,探索出特殊区域的相应等效处理方法。经东莞东江大桥荷载试验验证,对钢桁梁特殊区域等效处理后的空间有限元计算模型,具有较高的计算精度。 (2)大跨度钢桁梁桥厂制预拱度设置 针对常用的斜杆形下承式钢桁架拱桥结构,采用有限单元法,以相对预拱度作为荷载参数,将通常由求解杆件伸缩引起拱度的逆问题转化为由相对预拱度求解杆件伸缩量的正问题,推导了杆件的伸缩公式。然后将该方法编译成计算程序和做成“杆件伸缩-预拱值”对照表格,方便设置预拱度时兼顾杆件伸缩的统一性,避免反复试算。使用该方法设置预拱度,容易使成桥节点的预拱值落在理论预拱线上,从而得到更加匀顺的预拱度线形。在此基础上,根据预拱度设置引起错孔的允许范围,推导了相对预拱度允许值的计算公式,对于错孔较厉害的杆件连接,提出了螺栓孔布置的处理方法。 (3)杆件连接拼装误差计算 根据杆件拼装定位施工工艺,分析了弦杆定位、竖杆和拱肋拼装定位的状态,重点研究了大跨度钢桁梁常用悬臂拼装架设方法的拼装误差,通过引入定位拼装误差概念,推导了梅花形定位安装杆件的定位拼装误差计算公式。 在此基础上,将定位拼装误差计算公式应用于厦深铁路榕江特大桥弦杆拼装误差计算,计算分析结果揭示了定位拼装误差的变化规律:定位拼装的线误差对杆端的偏位影响较小,杆端偏位主要来自定位拼装的角误差;在拼接接头的对角位置打入定位冲钉,能减小定位拼装误差。 (4)累积拼装误差对桥梁状态的影响 运用工艺尺寸链理论和定位拼装误差计算方法,推导悬臂拼装的误差线形和合龙口的极值拼装误差,揭示了拼装误差累积规律。在此基础上,分析了拼装误差对大跨度拱桥线形和内力的影响。通过采用极值法求解了榕江特大桥施工过程的拼装误差,得出:拼装累积误差对高精度合龙和成桥线形以及内力均有较大影响。 (5)拼装误差控制技术研究 首先根据拼装误差的控制要求,采用极值法推导了螺栓孔直径和定位冲钉直径之差的关系式;然后将工艺尺寸链理论应用于拼装误差控制,采用增环和减环错开技术将拼装误差分散,能减小拼装累积误差对成桥线形和内力的影响。根据施工工艺,对杆件连接的拼装误差提出控制措施,以及较系统地阐述了合龙误差调整技术。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:U448.22

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【引证文献】
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