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31000字硕士毕业论文连续梁拱组合桥顶部结构核心施工技术分析

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:31000字
论点:桥梁,组合,拱桥
论文概述:

本文结合西宝客运专线跨西宝高速(63.4+136+63.4) m连续梁-拱组合桥梁的施工监控过程,釆用桥梁MIDAS/CIV^建立模型,以该桥为基础进行了施工过程内力分析、施工中由于不对称施工进行的配重计算、以

论文正文:

1导言

1.1梁-拱组合桥梁的发展简史拱桥作为一种非常常见的桥梁结构形式,由于其受力特殊性对基础有着较高的要求,必须能够承担上部结构在拱脚处产生的水平方向的力。经过对拱桥结构的进一步了解和实践过程的深入,在松软地基土体上建造拱桥必须满足两个方面的要求:第一,下部拥有足够的高度满足通航的要求,且尽量减小桥梁长度、减小拱桥填土厚度之间的问题,特别是对于上承式混凝土结构的拱桥,一般采用的矢跨比f/1(通常小于1/8),但是环境温度变化和土体的变形对混凝土拱桥的受力性能的变化有很大影响,在拱脚处会产生较大的内力,设计中要对该两种因素进行严格计算;第二,软土地基在拱脚处产生的较大推力之间的关系,建造在软土地基上的拱桥需要桥台底部产生的摩擦阻力及台背填土的土体压力来平衡拱脚水平力,但桥梁地基在长期的荷载作用及环境因素(地基土含水率、河水冲刷等)的作用,使得桥梁产生向后的位移,在桥梁两端位置与台背之间的缝隙变大,桥梁跨中的挠度变大,使得桥梁不能够达到原设计荷载的要求,当发展到一定程度时可能发生桥梁垮塌。加之拱桥仍采用传统的架设方法造成的不经济和工期较长,因此在60?200m的跨度范围内没有了竞争力。由于拱桥结构自身的受力特性、施工技术的不断发展以及预应力技术在桥梁中的应用,大跨度连续梁桥往往成为了首选方案。由于近年来新材料的不断出现及应用,施工技术的不断进步,桥梁架设方法更加科学和多样化,产生了悬索桥、斜拉桥以及连续梁-拱组合式桥梁等结构形式。其中连续梁-拱组合式桥梁将梁桥与拱桥的优点都得到了发挥,并将预应力继续进行了完美的应用。满足了桥梁美观的外形要求,也满足了桥梁跨越能力大对下部净空影响小的特点,因而由该种桥型又重新获得了人们的认可。近几十年來,连续梁-拱组合桥梁在我国得以广泛应用的原因主要可以总结为以下几条因素:(1)由于中国基础设施建设比较薄弱,路桥等基础设施的建设势在必行,因而对从事桥梁设计、施工、科研等的工作人员提出了更多的要求,为该种桥型的发展创造了客观需求条件。(2)中国自从上世纪五十年代幵始就对梁拱组合桥梁结构进行研究,起步较国外要晚,却取得了不错的发展结果。特别是近些年来,我国梁-拱组合桥梁基础理论的研究已经位于世界先进行列。(3)由于经济的不断发展,大型机械的不断应用,使得机械化程度越来越高,新材料的不断产生及应用为桥梁的发展提供了可行性。(4)桥梁作为一种跨越障碍的交通设施,同时也作为一种景观,桥梁美学也同时成为了建造桥梁的比选因素。预应力梁-拱组合式桥梁的出现,在一定程度上减小了在软土地基上建造拱桥产生的病害,得到了广大桥梁设计师的青睐。近几年来,随着人们对它的探索研究和认识的不断提高,预应力梁-拱组合体系桥的应用日益广泛,并取得一定的成果和发展,其主要表现为:(1)电子计算机技术的不断应用、大型桥梁计算软件的出现以及桥梁设计理论的不断完善进步,使原本极其复杂的梁-拱组合体系桥梁结构空间分析求解变得简单便利,节省了设计者大量的时间;(2)梁-拱组合体系结构的跨径不断增大,例如南海三山西大桥,为中承式钢管混凝土梁-拱组合结构,跨径己经达到了 200m;(3)梁-拱组合体系结构的桥型丰富多彩,除常见到的结构形式之外,还有些桥梁的吊杆为倾斜的异性拱桥,桥梁拱助在中间靠拢的提篮拱和拱助无横撑的系杆拱桥;(4)建造拱助的材料的由原来的石材拱变为普通的钢筋混凝土拱,钢管拱、钢桁架拱,使新建筑材料的性能得以充分利用,结构形式更加轻盈,跨越和承载能力进一步加大.
 1.2梁-拱组合桥梁国内外现状梁-拱组合式桥梁以其自身独特的受力性能及优美的外形结构被广大桥梁设计者所釆用。梁-拱组合结构体系中钢结构居多,建造初期多采用系杆拱的结构,如1950年修建的联邦德国杜伊斯堡一莱茵蒙霖桥,为铆接结构,跨度255.1m,至今保持世界纪录。1973年美国建成弗里蒙特桥,跨径为(137.7 +382.6 +137.7) m,双层桥面,上层为正交异性板钢桥面,下层为钢筋混凝土桥面。中国1955年建成的湖北武汉江汉桥,是一连续3跨上承式梁拱组合结构桥梁,跨径为(54+88+54)m; 1983年建成的台湾关渡桥(淡水至八里间)是一连续5孔的中承式梁拱组合结构桥梁,跨径为(44+143+165+143+44)m,釆用浮运法架设。2000年建成的广州丫髻沙大桥主跨360m,是我国最大的中承式钢管混凝土拱桥;2002年建成的上海卢浦大桥,采用中承式的钢梁拱组合桥,更是以550m主跨跨径打破了 25年来拱桥跨度的世界纪录⑴。
 2.桥梁施工过程中内力及变形分析
 2.1概述由于电子计算机的发明、各类计算软件及大型有限元计算软件的出现和桥梁计算理论的不断完善,有限元理论已经成为解决桥梁施工过程中及成桥状态受力分析的常用计算工具。有限元法理论的实质是将无限个多自由度的连续体,近似等效为仅为有限个自由度的离散后单元的综合体。如此就能将非常繁琐的力学问题等效为方便的有限个单元的计算处理及合计问题。当单元的数量不断的变大,相应的单元的尺寸也变得越來越小,由于单元数量的增加,插值函数求解精度也就相应的变的越來越精细,求解函数方程所得到的结果能够满足工程和科研计算的要求。但是所建立的单元求解的结果必须是收敛的,这样才能求得的近似计算结果,否则将不能得到我们需要的值。从目前的情况看,有限元仿真模型大都是采用大型有限元计算软件进行计算。利用专用的桥梁有限元软件计算桥梁施工过程中的受力变化情况和成桥后全桥静动力力学性能分析及其他分析,满足设计、施工及后续科研的需要等等。
 3连续梁-拱组合桥梁上部结构主梁施工过程关键技术研究.............253.1上部结构主梁施工方法.............253.20号块防裂措施.............253.3施工过程主梁混凝土应力变化分析.............273.4主梁不对称施工时配重的计算.............334连续梁-拱组合桥梁上部结构主拱施工过程关键技术研究.............434.1上部结构主拱助架设方法.............434.2主拱合龙温度对成桥后桥梁应力的影响.............444.3支架合理落架方式.............474.4支架法架设主拱时对主梁的影响.............474.5支架支座沉降对主拱应力的影响.............494.6本章小结.............505梁-拱组合桥梁上部结构吊杆施工过程关键技术研究.............525.1最小弯曲能量法及影响矩阵理论.............525.2吊杆张拉力有限元模型的建立.............555.3吊杆张拉力优化分析.............565.4吊杆张拉次序的优化.............575.5本章小结.............58
 结论
 本文结合西宝客运专线跨西宝高速(63.4+136+63.4) m连续梁-拱组合桥梁的施工监控过程,釆用桥梁MIDAS/CIV^建立模型,以该桥为基础进行了施工过程内力分析、施工中由于不对称施工进行的配重计算、以及吊杆张拉力的优化等。介绍了桥梁有限元理论及桥梁模型的建立过程,并对桥梁施工阶段中主梁及主拱关键截面的内力进行了分析,通过对施工过程中内力变化的分析可知,桥梁主拱助中弯矩较小,拱助都处于受压状态;桥梁在结构体系发生变化时,内力有较大突变,例如主梁边跨合龙、主梁中跨合龙以及吊杆张拉时都发生较大的内力变化,在实际施工时应当引起重视。对桥梁的主梁及主拱施工预拱度设置进行了计算;对施工过程的关键环节应采取的措施进行了概述;对施工中配重的选择进行了计算并对实际配重进行了内力和应力的验算,可知配重的选择是合理的,应力的变化也在允许范围之内;主拱助合龙温度对成桥后主拱肋受力性能的影响进行了分析,采取设计温度(年平均温度)进行合龙对城桥后桥梁力学性能的发挥最有利;支架法架设在主梁结构上,对主梁线形和应力产生了较大影响,但未出现拉应力,能够满足要求。利用最小弯曲能量法结合影响矩阵对桥梁吊杆不同施工阶段的目标张拉力进行了计算,并对吊杆不同张拉次序对初始张拉力的影响进行了对比分析,经分析可知桥梁采用从拱脚到拱顶对称间隔张拉的次序进行张拉时,初始张拉力最小,为目标张拉力的1.96倍,建议施工时采用该顺序进行分级张拉的方案。
 参考文献:[1]袁蔚.大跨度铁路连续梁拱组合桥梁抗震计算研究[D],西南交通大学硕士论文,2010窦建军,张海荣.京津城际(60+128+60)m连续梁拱设计简介[J],铁道标准设计,2007 (2)李凤芹,王祯.拉萨河特大桥主桥结构设计[J],桥梁建设,2005(5)罗世东,严爱国,刘振标.宜万铁路宜昌长江大桥主桥创新技术研究[J],桥梁建设,2006(S2)朱张峰,郭正兴,刘利军.京沪高铁梁-拱组合桥钢管拱安装方案设计[J],施工技术,2010(6)杜砚江.浅析沙湾水道特大桥(76+160+76) m连续梁拱的施工[J],科技资讯,2009 (1)范伟霞.钢管混凝土拱桥施工过程力学特性分析与优化[D],浙江大学硕士论文,2006杨磊.提篮式拱桥力学性能分析及施工控制研究[D],郑州大学硕士论文,2004陈强.温福铁路昆阳特大桥静力及稳定性分析[D],武汉理工大学,2008天健等.悬臂浇筑桥梁合龙中施加配重的原理与方法[J].公路与汽运,2006(2):