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原文传递多跨预应力混凝土矮塔斜拉桥施工控制研究

论文题名：	多跨预应力混凝土矮塔斜拉桥施工控制研究
关键词：	矮塔斜拉桥;施工控制;控制方法;参数识别;误差调整
摘要：	随着桥梁事业的不断发展，新颖美观的大跨度矮塔斜拉桥越来越受到人们的喜爱。矮塔斜拉桥是高次超静定结构，施工工期较长，施工中受到的影响因素较多，尽管严格按照设计图纸进行施工，成桥后的结构内力和线形也未必能达到预期的结果，这主要是由于设计时所采用的计算参数如材料的弹性模量、构件重量、混凝土的收缩徐变系数、施工中温度变化以及施工临时荷载条件等与实际工程中不完全一致所造成的。因此，为了确保桥梁的建造安全和顺利建成，并使成桥后的结构内力、线形符合设计要求，必须对矮塔斜拉桥整个施工过程进行施工控制。开封黄河二桥主桥是一座大跨度预应力混凝土多跨矮塔斜拉桥，采用分段悬臂现浇的方法进行施工，主梁架设阶段同时施工7个相同的T构，合拢段施工时采用从边跨到中跨、结构南北两边对称合拢。本文以开封黄河二桥主桥为工程实例，采用MIDAS/Civil有限元程序对该多跨矮塔斜拉桥进行有限元建模研究，建立了开封黄河二桥主桥施工全过程的有限元计算模型，采用倒拆分析方法对桥梁施工阶段进行仿真计算，采用最小二乘法对施工过程中的设计参数误差进行调整，对多跨预应力混凝土矮塔斜拉桥施工控制进行仿真分析和研究。论文的主要工作和取得的成果有： (1)根据开封黄河二桥主桥的实际受力特点，确定出多跨矮塔斜拉桥以主梁线形控制为主、兼顾桥梁截面应力和拉索索力的施工控制原则。采用倒拆分析方法对桥梁施工阶段进行计算，选用正装与倒拆相结合的方法处理混凝土的收缩、徐变影响。 (2)施工之前需要确定出桥梁施工控制的内容和控制目标，包括主梁线形控制、主梁和主塔截面应力控制、拉索索力控制、主塔塔顶偏位控制和桥梁施工稳定性控制等。在主梁线形控制中，通过对桥梁结构的整体分析，分别计算出一期恒载、二期恒载和活载产生的挠度，将这些挠度按照一定的系数进行组合，计算得出桥梁施工的预拱度，将主梁施工预拱度叠加桥面竖曲线标高，得到成桥状态的主梁设计标高，再将设计标高依次叠加每次拆除一个施工阶段主梁的阶段位移，得到桥梁施工的理想挠度曲线，按照此挠度曲线进行施工，即可确保桥梁的最终线形符合设计线形。 (3)在桥梁截面应力控制中，计算给出了主梁和主塔根部截面应力的倒拆时程图，施工过程中主梁和主塔全截面受压，最大压应力出现在根部截面，且均小于规范规定值，结构具有较大的应力安全储备。在体系转换和合拢段拆除过程中，主梁和主塔根部截面应力变化较小；在悬臂梁段拆除过程中，应力有较大幅度的减小。 (4)在拉索索力控制中，计算给出了边塔和中塔最内、外侧拉索索力的倒拆时程图，在体系转换和合拢段拆除过程中，索力变化不大；在悬臂梁段拆除过程中，索力逐渐略微减小。 (5)在主塔偏位控制中，计算给出了边塔和中塔塔顶偏位的倒拆时程图，在合拢段拆除过程中，边塔的塔顶偏位较大，中塔的塔顶偏位较小；在悬臂梁段拆除过程中，边塔和中塔的塔顶偏位均较小。 (6)通过桥梁结构的施工稳定性计算可知，施工过程中每个施工阶段的第1阶失稳模态均为桥塔面外反对称失稳，最小稳定安全系数远远大于现行规范中规定的值，施工中结构的整体稳定性较好，不易发生整体失稳破坏，但应注意局部构件失稳破坏。 (7)在对设计参数进行敏感性分析时，首先通过将设计参数增加10％，计算出控制目标的变化值，再计算出它们相对于控制目标的灵敏度，确定出主、次要设计参数，主要设计参数包括主梁混凝土容重、主梁截面尺寸、斜拉索初张力、主梁预应力荷载和施工荷载，次要设计参数包括混凝土弹性模量和斜拉索弹性模量。 (8)采用最小二乘法对主要设计参数误差进行修正，根据控制目标的偏差反算出主要设计参数的误差，再将调整后的设计参数代入到计算模型中，运用倒拆分析方法重新计算出桥梁施工控制目标值，包括主梁施工理想挠度曲线、主梁和主塔根部截面应力时程图、边塔和中塔最内侧与最外侧拉索索力时程图、边塔和中塔塔顶偏位时程图。 (9)采用MATLAB数学计算软件编制基于自适应施工控制原理的与桥梁施工控制相关的软件，包括设计参数识别软件和施工误差调整软件，便于桥梁施工控制使用。本文研究所得结果可为同类桥梁的设计、施工和施工控制提供参考，具有较大的工程实用价值。
作者：	魏春明
专业：	结构工程
导师：	陈淮
授予学位：	硕士
授予学位单位：	郑州大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文