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悬臂浇筑拱桥施工过程的几何非线性倒拆-正装闭合性研究

关鑫  
【摘要】:钢筋混凝土拱桥具有承载力大,受力状态明确,经济合理等优点。随着拱桥向大跨径方向发展,施工方法也不断向着适应大跨径拱桥修建的方向发展。悬臂浇筑施工是大跨径拱桥目前常采用的方法,基于悬臂浇筑拱桥自身的受力特点,施工过程中几何非线性问题逐渐显著,相比线性状态下,内力、变形情况更加复杂。因此,考虑几何非线性因素的施工过程扣索力的严格控制对满足成桥目标状态及施工安全性能都有重要意义。本文开展工作如下:(1)重点调研了悬臂浇筑施工拱桥的研究现状、合理的成桥和施工状态的确定原则。针对目前大跨径桥梁结构的倒拆正装不闭合原因和研究成果,提出考虑几何非线性的悬臂浇筑拱桥倒拆正装过程中索力、拱圈内力及线形闭合性需要进一步研究;(2)陈述了拱桥施工状态的确定方法及与倒拆正装的闭合性计算的关联性,对考虑几何非线性的倒拆正装不闭合的实质原因进行分析并对比总结目前关于倒拆正装计算方法。基于合理拱轴线优化理论,通过案例确定裸拱的合理拱轴线,引入一种改良的合理拱轴线—悬索线。(3)介绍了拱桥几何非线性理论研究进程、几何非线性影响因素及有限元分析计算方法。引入Ernst公式和悬链线理论,利用Ansys考虑拉索的垂度效应;建立梁柱效应中P-delta效应与几何刚度的关系;根据黎曼积分和二分法编制考虑大变形效应的Matlab程序;提出了采用修正的拉格朗日列式法(以下简称U.L列式法)进行几何非线性迭代计算是更为符合施工过程的计算方法;(4)通过弯矩归零法确定悬臂浇筑拱桥最大悬臂状态的受力状态。综合小变形的线性计算及大变形效应下的迭代计算案例,分别得到了线性、几何非线性的倒拆-正装结果,分析得出一定迭代步长下的U.L列式法是满足几何非线性倒拆-正装计算闭合的条件。对无应力状态法进行一般化讨论并案例分析,验证结构体系不变情况下,任意有应力状态互相转换与过程无关的思想;(5)利用涪陵乌江大桥复线桥建立有限元计算模型,分别考虑三种几何非线性效应在施工过程中对索力、拱圈内力、位移的影响,并讨论一定迭代步长下采用U.L列式法的几何非线性倒拆正装闭合结果,验证了考虑几何非线性因素的倒拆正装计算闭合性的条件。


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