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

【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。