施工缺陷对钢管混凝土拱梁组合体系结构性能的影响研究

发布时间：2017-08-09 10:38

  本文关键词：施工缺陷对钢管混凝土拱梁组合体系结构性能的影响研究

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【摘要】：钢管混凝土拱梁组合体系结构受力合理,造型美观,是我国近年来发展较快的桥型之一。随着现代交通运输的要求越来越高,在交通运输工程中占有重要地位的拱梁组合体系桥梁的兴建数量不断增加,设计要求也在不断提高。设计不合理,材料质量不合格,施工工艺不完善,地质条件外界环境及人为因素等多方面的原因,使得桥梁结构出现了一些施工缺陷。由施工缺陷引起的主梁支架沉降及拱脚开裂,对于桥梁的结构安全及日后运营会产生很大的影响。因此施工缺陷的研究对钢管混凝土拱梁组合体系具有十分重要的现实意义和研究价值。本文以某钢管混凝土拱梁组合体系为研究对象,结合实际情况与实测数据,利用有限元软件对其正常状态、施工缺陷状态及优化之后的状态进行有限元模拟,通过应力、位移的变化及承载能力验算的比较,得出施工缺陷对于钢管混凝土拱梁组合体系的影响,提出合理的应对措施并验证其合理性。根据计算分析可知,主梁沉降会使得系梁底腹板截面拉应力有增大的趋势,使得系梁顶板截面压应力有增大的趋势,使系梁截面的竖向沉降量增加,同时会增加系梁的承载能力使用率,降低结构的安全储备。与正常结构相比,最大应力差为2.9MPa,最大位移差为131.4mm,系梁正截面抗弯承载能力使用率最大增加1.4%,安全储备降低1.2%。可通过箱梁顶面铺筑适当量混凝土来使得桥面趋于设计线形,从而保持桥面行车舒适,结构安全可靠,寿命长久。拱脚开裂会使拱肋截面应力有减小的趋势,拱肋竖向位移增大,尤其是对于开裂侧的拱肋,同时会增加拱肋承载能力使用率,降低结构安全储备。与正常结构相比,最大应力差为20.9MPa,最大位移差为54.7mm,拱肋控制截面系数最大增加0.294,安全储备降低了10.2%。可通过对开裂拱脚进行加固施工来优化。这样不但可以去除拱脚中不易检测到的裂缝,而且可以增大拱脚截面的面积,提高拱脚的强度和稳定性,使桥梁结构更安全可靠。在桥梁的施工过程中,我们不仅要严格按照规范要求进行施工,随时控制其结构应力、线形及吊杆张拉力的变化,同时还要精确地掌握每个施工阶段易出现缺陷的关键部位,并了解如何避免此类缺陷。本文的研究成果对于钢管混凝土拱梁组合体系的设计及施工具有一定的参考价值。
【关键词】：有限元 施工缺陷 主梁支架沉降 拱脚开裂
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 钢管混凝土拱梁组合体系概述10-11
• 1.2 钢管混凝土拱梁组合体系基本类型和特点11-12
• 1.2.1 钢管混凝土拱梁组合体系基本类型11
• 1.2.2 钢管混凝土拱梁组合体系的特点11-12
• 1.3 钢管混凝土拱梁组合体系施工缺陷研究现状12
• 1.4 本文研究的内容、方法和意义12-14
• 1.4.1 本文研究的内容12
• 1.4.2 本文研究的方法12-13
• 1.4.3 本文研究的意义13-14
• 第二章 相关基础理论14-28
• 2.1 钢管混凝土结构设计理论14-22
• 2.1.1 轴心受压构件基本工作性能14-17
• 2.1.2 轴心受压构件强度计算17-20
• 2.1.3 钢管混凝土的弹性变形模量20
• 2.1.4 钢管砼拱桥在施工过程中的应力、应变的分析20-22
• 2.2 受弯构件承载能力极限状态计算22-24
• 2.2.1 一般构件的承载能力极限状态计算22
• 2.2.2 受弯构件的承载能力极限状态计算22-24
• 2.3 钢管混凝土承载能力极限状态计算24-28
• 2.3.1 承载能力极限状态计算一般规定24-25
• 2.3.2 偏心受力钢管砼构件承载能力极限状态计算25-28
• 第三章 工程概况及模型建立28-38
• 3.1 工程概况28-30
• 3.1.1 主体构造28-29
• 3.1.2 施工工序29-30
• 3.1.3 材料特性30
• 3.2 模型建立30-32
• 3.2.1 计算模型31
• 3.2.2 简化处理31-32
• 3.3 主梁沉降模型建立32-34
• 3.3.1 模拟方法32-33
• 3.3.2 缺陷模拟33-34
• 3.4 拱脚开裂模型建立34-38
• 3.4.1 模拟方法34-35
• 3.4.2 缺陷模拟35-38
• 第四章 主梁沉降缺陷分析与应对措施38-54
• 4.1 研究方法38
• 4.2 与正常模型应力对比38-44
• 4.2.1 沉降模型与正常模型拱肋截面应力对比39-40
• 4.2.2 沉降模型与正常模型拱内混凝土截面应力对比40-41
• 4.2.3 沉降模型与正常模型系梁底腹板截面应力对比41-42
• 4.2.4 沉降模型与正常模型系梁顶板截面应力对比42-44
• 4.3 与正常模型位移对比44-45
• 4.3.1 沉降模型与正常模型拱肋关键节点沉降值对比44
• 4.3.2 沉降模型与正常模型主梁关键节点沉降值对比44-45
• 4.4 与正常模型系梁截面承载能力验算结果对比45-47
• 4.4.1 正常模型系梁截面承载能力验算结果46
• 4.4.2 缺陷模型系梁截面承载能力验算结果46-47
• 4.4.3 沉降模型与正常模型承载能力验算对比47
• 4.5 主梁沉降应对措施分析47-51
• 4.5.1 主梁沉降应对措施一47-49
• 4.5.2 主梁沉降应对措施二49-51
• 4.6 本章小结51-54
• 第五章 拱脚开裂缺陷分析与应对措施54-78
• 5.1 研究方法54
• 5.2 与正常模型应力对比54-61
• 5.2.1 主梁混凝土浇筑施工阶段应力对比55
• 5.2.2 主梁预应力张拉施工阶段应力对比55-56
• 5.2.3 钢管拱架设施工阶段应力对比56
• 5.2.4 拱内砼灌注过程施工阶段应力对比56-57
• 5.2.5 拱内混凝土灌注施工阶段应力对比57
• 5.2.6 吊杆第一次张拉施工阶段应力对比57-58
• 5.2.7 吊杆第二次张拉施工阶段应力对比58-59
• 5.2.8 支架拆除施工阶段应力对比59-60
• 5.2.9 二期荷载施工阶段应力对比60-61
• 5.2.10 应力对比小结61
• 5.3 与正常模型位移对比61-66
• 5.3.1 主梁混凝土浇筑阶段位移对比61
• 5.3.2 主梁预应力张拉施工阶段位移对比61-62
• 5.3.3 钢管拱架设施工阶段位移对比62
• 5.3.4 拱内砼灌注过程施工阶段位移对比62-63
• 5.3.5 拱内混凝土灌注施工阶段位移对比63
• 5.3.6 吊杆第一次张拉施工阶段位移对比63-64
• 5.3.7 吊杆第二次张拉施工阶段位移对比64
• 5.3.8 支架拆除施工阶段位移对比64-65
• 5.3.9 二期荷载施工阶段位移对比65-66
• 5.3.10 位移对比小结66
• 5.4 与正常模型承载能力验算结果对比66-74
• 5.4.1 正常模型钢管砼拱肋承载能力验算67-70
• 5.4.2 开裂模型钢管砼拱肋承载能力验算70-73
• 5.4.3 开裂模型与正常模型承载能力验算对比73-74
• 5.5 拱脚开裂应对措施74-76
• 5.6 本章结论76-78
• 第六章 结论与展望78-80
• 6.1 结论78-79
• 6.2 展望79-80
• 致谢80-82
• 参考文献82-84
• 在学期间发表的论文及参与的工程实践项目84
• 在学期间发表的论著84
• 参加的工程实践项目84

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