大跨度钢箱提篮拱桥施工控制研究

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使成桥线形和受力状态最大限度地满足设计和规范要求,并确保结构在施工过程中的安全是大跨度钢箱提篮拱桥施工控制的主要目的。本文以全国最大跨径的宁波轨道交通主跨220m的钢箱提篮拱桥为工程背景,采用正装分析法对钢箱提篮拱桥进行关键施工阶段的仿真计算分析、梁拱同时施工时地基沉降的计算、拱肋和系梁理论与实测的对比、参数的敏感性分析、预拱度的设置、吊杆成桥索力及施工张拉力的计算、频率法测索力等问题进行了研究。主要研究工作和成果如下:(1)阐述了大跨度钢箱提篮拱桥的发展概况、常用施工与计算方法。总结分析了大跨度钢箱提篮拱桥的结构特点及施工控制理论。(2)采用满堂支架及独立格构支架在软土地基上进行梁拱同时施工,这增大了施工的难度以及对地基提出了更高的要求,采用应变比法计算了地基的沉降,并对地基沉降计算深度的确定进行了阐述。(3)根据梁拱同时施工的方案,利用MIDAS Civil进行了完整详细的各施工阶段和成桥阶段的仿真模拟分析。采用正装计算方法算出了在关键施工阶段结构的应力和变形,为施工监控提供依据和理论指导。(4)通过对系梁、拱肋关键截面理论与实测应力的对比分析,阐明了关键截面在实际不同施工阶段的累加应力状态;通过对系梁及拱肋在关键施工阶段线形的监测及其与理论计算值的对比分析,较好的控制了结构的实际线形,与理想设计状态基本一致,从而验证了本文分析方法的准确性。(5)对引起结构状态误差的参数进行了敏感性分析,对拱肋预拱度的设置进行了详细的介绍,并以宁波轨道交通提篮拱桥为例对比分析了各种预拱度设置方法的计算结果及其适用性;并确定了钢箱提篮拱桥吊杆的无应力下料长度。(6)确定合理成桥吊杆内力和施工吊杆张拉力是钢箱提篮拱桥设计与施工的重要工作。一般先确定合理成桥吊杆内力,然后以此为目标按照施工工序确定各施工阶段吊杆张拉力。本文介绍了确定合理成桥状态的弹性支撑连续梁法和最小应变能法,并用应变能法计算了宁波轨道交通钢箱提篮拱桥的成桥吊杆内力;在倒拆分析的基础上,运用影响矩阵法,再经过迭代得到了施工中的吊杆张拉力。所计算的最终状态和设计能够吻合较好,对同类拱桥吊杆施工张拉力的确定具有借鉴作用。(7)目前频率法测索力大多运用弦理论(两端为铰接的边界条件,且不考虑结构抗弯刚度的影响),对吊杆力的测试误差偏大。本文以宁波轨道交通提篮拱桥为例,提出了通过修正吊杆计算长度以减小测试误差的方法,具有可行性且简单方便。吊杆计算长度的修正值为减振器到锚固端的0.9至到1.1倍之间,可为同类拱桥的吊杆力测试提供参考。
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