大跨度钢管混凝土拱桥吊杆张拉控制技术研究

发布时间：2020-08-06 14:58

【摘要】：钢管混凝土拱桥以其合理的受力形式、优美的造型和较大的跨越能力,逐渐在大、中跨桥梁结构中成为受世界各地桥梁设计者青睐的桥型之一。因钢管混凝土性能研究历史较短,对钢管混凝土拱桥进行施工控制有利于保证结构在施工过程中的安全性、运行期间的行车舒适度以及桥梁结构的耐久性,而吊杆作为钢管混凝土拱桥的主要受力构件之一,其张拉控制技术将直接影响钢管混凝土拱桥的成桥状态和使用性能。本文以某大跨度钢管混凝土拱桥为背景,对大跨度钢管混凝土拱桥吊杆张拉控制技术进行研究。论文采用有限元软件Midas/Civil建立钢管混凝土拱桥的分析模型,选择无应力状态法和影响矩阵法,分别计算出优化后拱桥吊杆的张拉力值,并综合两种方法的技术路线、计算分析过程、控制结果等方面,对两种方法作全面对比分析;同时针对影响吊杆内力变化的三种影响因素进行了研究,为同类型钢管混凝土拱桥吊杆张拉控制提供参考。本文主要结论如下:(1)采用无应力状态法对吊杆张拉控制之后,拱桥成桥状态下拱肋和系梁的内力、应力状态较影响矩阵法控制效果更好。(2)以无应力长度对钢管混凝土拱桥的吊杆张拉过程进行控制,得到的优化吊杆内力与成桥吊杆内力设计值相比,顺桥向最大偏差占比为3.4%,逆桥向最大偏差占比为3.8%,差值均在10%的范围内,满足吊杆力设计要求,且吊杆内力整体分布均匀。(3)采用影响矩阵法对顺、逆桥向吊杆内力值经过三次调整,最大偏差从159.266kN降至25.431kN,最大偏差占比从16.13%降低至1.44%;逆桥向吊杆内力由最大偏差164.200kN降低至12.799kN,最大偏差占比从16.51%降至1.86%,最终优化结果接近成桥状态吊杆内力设计值。(4)影响矩阵法需要以成桥状态吊杆内力设计值为目标值、以初张拉成桥状态吊杆内力值为初始值进行优化,优化结果同时受两个因素影响,故影响矩阵法对吊杆张拉过程的控制与调整存在一定程度的局限性。(5)无应力状态法对吊杆张拉控制过程只与吊杆自身的无应力长度有关,与吊杆张拉前后的施工过程无关,且其技术路线简单、计算分析过程较影响矩阵法更加容易实现,故无应力状态法较影响矩阵法更适合作为大跨度钢管混凝土拱桥吊杆张拉过程的控制技术。(6)对吊杆内力敏感性分析表明,混凝土自重对吊杆内力影响程度最大,易受影响的是拱桥两端吊杆,且混凝土容重每增加0.5kN/m3,跨中多数吊杆内力值增加近17kN;温度升高,吊杆内力将随之增大,且对拱桥两端吊杆内力影响较大;前期混凝土发生收缩、徐变效应对拱桥两端的吊杆内力影响偏大,成桥600天后混凝土收缩、徐变效应对吊杆内力的影响逐渐趋于稳定。
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U445.4
【图文】：

钢管混凝土拱桥,长春,造型,桥梁

不同的拱桥造型。因此，在满足桥梁整体稳定及使用功能的前提下，造型特殊的桥梁通过理论计算与有限元软件分析验证，也被一一建造出来。具有代表性的是长春四环路（飞燕式异形）钢管混凝土拱桥，如图 1-1 所示；横跨钱塘江的九堡大桥，如图 1-2所示。

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钢管混凝土拱桥,桥型

本论文的工程背景案例为位于丹江口自然保护区内某钢管混凝土拱桥，该桥为应力钢管混凝土系梁拱结构，采用刚性系梁、刚性拱，计算跨径 L=120 m，拱轴线二次抛物线，矢跨比为 1/4，矢高 30 m，见图 2-1。

【参考文献】