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原文传递梁拱组合体系刚构桥合理成桥状态及其施工控制方法

论文题名：	梁拱组合体系刚构桥合理成桥状态及其施工控制方法
关键词：	梁拱组合连续刚构桥;成桥状态;施工控制;徐变行为
摘要：	梁拱组合连续刚构桥为连续刚构与下承式拱桥的组合，近年来因其跨越能力强，整体刚度大、施工方便、外形美观轻盈等优势而受到广泛关注。其合理成桥状态、施工控制方法和运营期间徐变等对桥梁结构的影响，均会极大程度的影响桥梁的使用安全性和可靠度。本文以某250m梁拱组合连续刚构桥为研究背景，基于有限元计算软件Midas/Civil，对梁拱组合体系刚构桥合理成桥状态、施工控制方法以及梁拱组合刚构桥的徐变行为进行探讨，主要研究内容与结论如下：　　（1）考虑吊杆和主梁预应力布置，提出预期成桥状态下吊杆和钢束预应力的多目标优化设计方法，该方法是适应梁拱组合体系刚构桥受力特点的一套综合方法。以某250m梁拱组合连续刚构桥为算例，根据主梁截面上、下缘的应力控制条件，提出主梁合理预应力、主梁成桥恒载弯矩可行域的概念和计算方法，并经算例检验，证明了其可行性。主梁合理预应力的计算结果可为主梁预应力布置提供指导。为主梁成桥恒载弯矩可行域为梁拱组合体系刚构桥成桥状态调整提供依据。　　（2）提出基于影响矩阵的施工吊杆力调整方法，该方法在确定合理成桥状态吊杆力的情况下，通过不断进行恒载正装计算，提取徐变及其他因素对吊杆力的影响值，使其收敛，由构建的影响矩阵计算式直接计算出施工吊杆力。计算结果表明：该方法可极大程度的减小迭代次数，大幅度提高精度。确定合理施工吊杆索力后，运用MIDAS有限元程序建立考虑施工过程的仿真模型，分析在各典型施工工况下主梁与拱肋的应力、弯矩和位移等参数。经过比较发现：在施工过程中，主梁最大应力主要集中在拱脚附近，拱脚位置受力复杂，施工过程中需格外留意；主梁在最大悬臂状态、边跨合龙阶段与拱肋安装完成阶段、拱肋在吊杆张拉完成阶段为其结构在施工过程中的几个最不利阶段，在施工过程中应予以重视；拱肋安装完成后，吊杆张拉过程中，主梁最大应力有所减少，拱肋和吊杆改善了主梁受力情况。　　（3）对比研究同主梁形式的连续刚构桥，在同样恒载、预应力布置和徐变情况下，主梁的变形和受力差异，分析梁拱组合连续刚构桥徐变变形的发展趋势；结果表明：恒载工况下，主梁恒载弯矩形态差距不大，但略有减小，中跨恒载应力更为均匀；包含预应力效应的恒载工况下，主梁上、下缘应力差值更小，这使得徐变对其影响更小；梁拱组合体系刚构桥有效的控制徐变引起的主梁下挠量，徐变5年的下挠量仅为同跨径连续刚构桥徐变下挠量的1.5%；由于吊杆力的作用，使得主梁中跨拱脚附近出现的徐变次弯矩为负值，该负弯矩极大的减小了由于徐变引起的中跨下挠，徐变初期，中跨的上拱也出于该原因；针对运营过程中出现的长期下挠病害，提出借助拱肋和吊杆延缓和控制连续刚构桥长期下挠顽疾的思路，研究运营过程中吊杆补张拉方案，分析运营期间吊杆补张拉对主梁线形的影响，通过二次张拉吊杆到成桥吊杆力，主梁中跨和边跨的徐变下挠均能得到有效控制，跨中下挠量减小了76%；二次张拉体外束也可改善徐变引起的下挠，可得到与二次张拉吊杆相似的效果，配合吊杆一起进行二次张拉，可改善包括边跨在内的全桥下挠。
作者：	朱锡东
专业：	土木工程;桥梁与隧道工程
导师：	郭增伟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022