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大跨度钢管混凝土拱桥施工控制研究

张治成  
【摘要】: 大跨度钢管混凝土拱桥是一种自架设体系结构,结构的刚度是分阶段逐渐组合而成的,整个施工过程复杂而又漫长,因此对桥梁施工过程的精确控制是实现设计成桥目标的关键。本文以淳安县南浦大桥为背景,对钢管混凝土拱桥施工控制中的结构分析方法、施工监测技术、斜拉扣索索力计算、泵注混凝土自重荷载的分配、钢管核心混凝土收缩徐变分析、施工控制误差分析、参数敏感性分析及参数估计等问题展开研究。 笔者将“单元生死技术”引入到钢管混凝土拱桥施工过程的模拟分析中,解决了正装分析和倒装分析中繁琐的建模问题和复杂的数据传输难题,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。 同时将优化理论引入到钢管混凝土拱桥拱肋架设和调整中的扣索索力计算中,使计算出的索力既能确保结构的受力状态和变形始终处在安全范围内,又能保证架设和调整后的拱肋线形符合设计期望,而且索力的计算精度较高。 在探讨泵送液态混凝土的特殊的力学性质基础上,在假定液态混凝土传递压强能力为正交各向异性、混凝土与钢管壁之间的存在有摩擦力的前提下,推导出液态混凝土压强公式和自重荷载的分配公式,提出了在进行钢管内混凝土灌注过程的施工仿真分析时处理液态混凝土自重荷载分配的合理方法,从而提高施工仿真分析的计算精度。 本文还对核心膨胀混凝土特殊的收缩、徐变系数计算模式展开了探讨,在合理的假设前提下,采用“龄期调整的有效模量法”得到的混凝土的本构关系,推导出钢管内核心混凝土在考虑徐变影响后的等效弹性模量计算公式,并以此为基础采用杆系有限元方法来对钢管混凝土拱桥进行较高精度的收缩徐变分析。 为了减小钢管混凝土拱桥施工过程中的施工控制误差,本文推导出了用于结构设计参数敏感性分析的半解析公式,并对南浦大桥各施工阶段的结构参数进行了敏感性分析,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。


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