先梁后拱下承式钢箱系杆拱桥静动力分析及施工监控研究

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桥梁上部结构左右对称的布置形式会对结构的动静力行为产生怎样的影响,同时完成该桥的施工监控及索力调整,这都是桥梁工作者十分关注的问题。本文以衡阳市在建钢箱系杆拱桥为工程背景,针对其上部结构的布置特点,建立全桥模型,对其进行动静力分析和弹性分析,并对施工监控做了重点分析,以及成桥索力调整和调整索力方案的选择对比做出了合理分析,为今后再建类似工程提供了重要的理论依据和工程经验。本文的主要研究内容如下:(1)使用Midas/civil建立全桥模型,并对其做静力分析,得到了桥梁模型在五种工况下的内力和位移分布情况。结果表明:拱肋处于全截面受压状态,系梁上各部位受力相对较小且均匀,都在规定容许的范围内;恒载对结构内力的影响最大,可占组合荷载总效应的70%~80%;桥梁上部结构左右对称的布置形式,对结构的受力分布没有影响,左右两侧位移基本相同,线形基本不受影响。(2)使用Midas/civil对全桥模型做动力分析,研究其动力特性,结果表明:在桥梁的自振响应中,拱肋的振动变形最大,其横向刚度和稳定性都最差的,相比于钢管混泥土拱肋,因为缺少横撑,所以横向刚度和稳定性差。竖向的累积振型参与质量最小,为97.08%;竖向整体刚度最大,横向整体刚度最小,纵向整体刚度居中;同时桥梁结构左右对称布置,对桥梁的动力响应未产生影响。通过理论分析数据来指导成桥后的动力荷载试验,动力荷载试验的实测数据对比模型分析的理论数据,结果吻合良好,表明动力特性分析达到理想状态。(3)运用Midas/civil软件建立施工阶段全桥有限元模型,采用正装分析法对施工的全过程进模拟分析,得到桥梁和拱肋的关键截面在施工全过程中的位移和内力状态变化规律,以理论计算成果和桥梁施工方案为依据,对钢箱系杆拱桥施工全过程进行了现场数据采集与监测,将现场采集的各控制截面应力、变形监测值与理论计算结果进行对比分析,结果表明:两者数据吻合良好,施工过程在可控制的范围内安全进行,可保障桥梁施工安全、可靠。(4)在对全桥吊杆索力调索进行了一系列理论分析计算,并与实际工程相结合,运用影响矩阵法计算出所需要调整的吊杆索力值,对三种不同调索数量的方案进行比较分析,以成桥索力为控制目标,确定调索数量最少的为最优方案。通过调索方案的对比选择出最优调索方案,调索数量从最初的28根减少到16根,减少了所需调整的工作量,最终实现实桥的调整吊杆索力值与设计索力值偏差率控制在5%以内,达到理想成桥的索力状态。本文的研究成果已运用于蒸潭桥的设计和施工中。该桥己通车,且运营情况良好。本文的研究成果对以后相类似桥型的设计和施工有一定的参考意义。
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