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原文传递平转法施工桥梁转动球铰受力精细化分析及平衡控制研究

论文题名：	平转法施工桥梁转动球铰受力精细化分析及平衡控制研究
关键词：	平转施工;转动球铰;参数优化;平衡控制;桥梁工程
摘要：	由于可以最大限度地减小对既有线运营的影响，桥梁平转法施工技术在立体交叉交通网布局施工中被广泛应用，但其理论研究明显落后于工程实践。本文以桥梁平转施工中的关键部件——转动球铰为研究对象，旨在建立合理的转动球铰局部受力分析模型、解决转动体稳定性控制等关键问题，为平转法施工的工程实践奠定可靠的理论基础。论文开展了如下的研究工作：　　（1）采用空间分析方法，对球铰接触面的压应力进行了理论计算，并探讨了其分布规律。通过对球铰受力状态深入分析，推导出了球铰接触曲面空间压应力计算公式。通过计算发现球饺竖直方向压应力的分布规律为中间大、两端小，总体分布上呈抛物线型。　　（2）采用通用有限元程序，对转体过程中球铰在不同工况下的受力状态进行了模拟计算；在实际施工过程中，对球铰的受力变化情况进行了现场测试，通过与有限元程序计算结果的对比分析，掌握了球铰的受力特性和变化规律。此外，对球铰在竖向荷载、存在不平衡力矩、撑脚与滑道接触等三种不利工况下接触面应力进行仿真分析，得出了球铰接触面的压应力数值相对较小、采用普通钢筋混凝土球铰也可以满足大跨径平转法施工桥梁受力要求的结论。　　（3）根据球铰的受力特点和施工工艺，提出了有关转动系统及牵引系统构造方面的参数优化，以及控制参数计算方法的改进措施。　　（4）运用声发射技术，设计了球铰受力的动态测试方案，对转体过程中球铰内部的受力状态进行了实时测量和记录。提出了以声发射信号向量组的相识程度作为球铰异常情况的监测控制指标。　　（5）结合转体过程中可能出现的失稳类型，推导得到了转动体失稳临界力矩计算公式，并对实际工程的转体稳定性进行了计算分析。提出了考虑稳定性的偏心距控制范围，并根据代表性桥梁统计分析提出了球铰静摩擦系数改进计算公式。　　（6）通过对转体平衡控制开展研究，推导出了转体稳定临界力矩公式，提出了基于墩柱底应力监测和球铰下混凝土应力差的两种新的不平衡力矩预估方法；基于施工中的应力测量数据，开展了转动体不平衡力矩估算方法研究，并结合现场称重测试结果验证了估算方法的精度。　　（7）针对转体施工提出了结构受力监测方案，在掌握结构受力规律的基础上设计了合理的传感器布置方案，开发了转体动态实时监测及预警系统，对梁端振动情况，以及左、右幅同时转体的同步性进行监测，并在异常状态时发出预警，构建了“预估控制—实时监测—动态预警”为一体的桥梁转体过程平衡控制系统。　　本文采用理论分析、数值模拟计算和试验测量相结合的手段对桥梁平转法施工过程中的关键力学问题进行了深入的研究，给出了转动球铰局部受力特性和规律，并围绕保障施工安全开展了转动体失稳临界力矩的研究。在总结本文理论研究中得到的成果和规律的基础上，开发了转体动态实时监测及预警系统，以保障转体施工过程的安全顺利。
作者：	车晓军
专业：	公路桥梁与渡河工程
导师：	张谢东
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文