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原文传递钢管混凝土劲性骨架拱桥外包混凝土浇注过程扣索调载研究

论文题名：	钢管混凝土劲性骨架拱桥外包混凝土浇注过程扣索调载研究
关键词：	钢管混凝土劲性骨架拱桥;扣索调载理论;响应面法;NSGA-Ⅱ遗传算法;外包混凝土;力学性能
摘要：	钢管混凝土劲性骨架拱桥因其刚度大、承载能力强及与地形协调等优点，成为在山区桥梁建设中具有竞争力的桥型。随着我国山区高速公路和高速铁路的快速发展，对钢管混凝土劲性骨架拱桥的跨径提出了新的要求。因钢管混凝土劲性拱骨架的承力能力有限而外包混凝土的方量往往很大，该结构在外包混凝土浇注过程中往往出现过程应力超过允许值、永存应力分布不均的现象，本文以云桂铁路南盘江特大桥和天峨龙滩特大桥为例，针对外包混凝土浇注过程的扣索调载理论开展了研究，进行了考虑施工全过程影响的结构受力性能分析和计算。具体内容如下：　　(1)在分析现有扣索调载理论的基础上，针对其局限性，提出扣索张拉时机及作用位置的确定依据。基于响应面法，拟合控制应力与扣索索力的近似函数，将工程优化问题转化为数学规划问题，然后通过NSGA-Ⅱ遗传算法求解扣索索力。由此提出了扣索调载方案的确定流程。　　(2)本文依托云桂铁路南盘江特大桥和天峨龙滩特大桥，建立了两座桥梁拱圈的有限元模型。基于实测数据，对南盘江特大桥(416m)拱圈有限元模型进行了验证，发现有限元模型的计算结果与实测结果吻合良好。结合本文提出的扣索调载理论确定扣索调载方案。通过扣索的1次张拉，使得钢管混凝土弦管的过程应力均在规范允许范围内(管内混凝土拉应力σ2由3.25MPa降至-0.94MPa)，钢管、管内混凝土的最大永存应力分别为-308.14MPa、-23.83MPa，相比实际施工时的钢管、管内混凝土的最大永存应力(-325.03MPa、-26.43MPa)，降幅分别达5.20%、9.84%，受力得到明显改善，再者，拱顶挠度曲线较平滑，结构处于最不利的稳定状态时的稳定系数为10.07，但其值仍大于4，符合工程要求。结果验证了本文提出的扣索调载理论的正确性。结合提出的扣索调载理论进一步确定天峨龙滩特大桥(600m)的扣索调载方案，经过扣索的2次主动调载，控制截面超标的过程应力降至允许值范围内(管内混凝土拉应力σ2由4.12MPa降至1.84MPa，钢管压应力σ3由-354.23MPa降至-319.42MPa)，相比南盘江特大桥，后者的应力超标截面的个数增加，应力的调整因相互影响而使得顾此失彼的现象更加明显，但仍保证了外包混凝土的安全施工，同时使永存应力有所改善。表明本文提出的扣索调载理论具有较普遍的适用性。　　(3)在两个算例中，各控制应力的有限元模型计算值与响应面模型预测值对应相差较小，表明基于响应面模型得到的扣索索力方案是可靠。再者，方差分析结果较差的控制应力，其计算值、预测值的差值也较大，说明高精度响应面模型的拟合是必要的。　　钢管混凝土劲性拱骨架是外包混凝土浇注过程主要的承力结构，本文提出的扣索调载理论可有效地控制超标的过程应力、钢管混凝土劲性拱骨架的永存应力，为充分利用现有材料实现钢管混凝土劲性骨架拱桥跨度的进一步增大提供了一种思路。
作者：	李长胜
专业：	土木工程
导师：	邓年春
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广西大学
学位年度：	2021