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宽幅组合梁斜拉桥主梁节段预制与安装力学性能研究

杨岳华  
【摘要】:钢混组合梁斜拉桥的工程应用日益广泛,为了缩短工程建设周期,主梁的施工方法也在不断地改进。采用工厂化全断面预制主梁节段,桥位现场悬臂吊装,并且湿接缝混凝土滞后浇筑的施工方法,由于主梁在两个相邻节段的连接处没有形成组合结构,以及全断面宽幅梁段在悬臂吊装施工过程中还存在着较大的横向变形和结构内力,容易使混凝土桥面板造成开裂等问题。本文围绕该问题对宽幅主梁截面形式、全断面预制、两节段安装以及技术措施等进行研究。(1)在全断面节段预制的组合梁与钢箱梁方案比选的基础上,对组合梁斜拉桥采用两节段一浇湿接缝的快速施工工艺中主梁的应力和变形及混凝土桥面板的应力,采用有限元方法进行计算分析。发现杆系有限元模型不能详细模拟施工过程中采取的措施,无法得到桥面板面内应力(主应力、剪应力),以及主梁截面横桥向受力和框架效应。(2)对主梁节段预制、悬臂吊装施工的组合梁斜拉桥实体有限元模型进行研究,基于群钉连接件的足尺模型推出试验,提出采用单钉等效面积换算钢-混凝土桥面板粘结界面力学性能的方法,应用于有限元粘结接触模型的模拟计算。并通过与界面绑定、剪力钉单元的模拟分析,以及与实测数据的对比,检验并确定粘结界面方法的计算效率和有效性。(3)对宽幅组合梁全断面预制节段采用现浇和预制安装的混凝土桥面板施工方式进行对比,分析现浇混凝土桥面板收缩对结构的影响。对宽幅梁段预制时施加混凝土桥面板横向预应力的技术进行研究,提出采用自重压载和悬臂加载两种钢横梁强迫反弯、以及利用钢横梁刚度在桥面板两端顶推的横向预应力施加方法,并对力学模式和施工方法进行研究。同时,对三种施加预应力的作用力和产生的预应力效果,以及对结构的影响进行计算分析。(4)通过模拟某跨海湾大桥施工过程中主梁的结构应力和变形情况,分析主梁在悬臂吊装施工初期桥面板混凝土的应力分布和局部部位开裂的原因,并提出提前挂索预张和自锚式临时索的技术措施。同时,根据主梁结构应力和变形控制要求的弯矩平衡原理,分别采用多项式和幂函数的公式进行拟合,计算出采用挂索预张法的每根拉索的合理预张力,并给出不同梁段重量的临时索塔顶升力等施工参数。经过某跨海湾大桥的应用实践,本文提出的提前挂索预张技术可以有效解决主梁桥面板混凝土的开裂和截面变形的问题,为主梁的精确匹配安装提供基础数据。(5)在全断面预制的主梁节段安装施工过程中,为了减小混凝土桥面板的主拉应力,提出采用局部湿接缝滞后浇筑和施加临时预应力的两种技术措施,并通过有限元计算分析,提出具体的施工方案、技术参数和注意事项。


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