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预应力混凝土连续梁铁路桥施工控制与仿真分析

作　者: 宁柳明
导　师: 余天庆；陈开利
学　校: 湖北工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 连续箱梁桥有限元灰色预测应力孔道摩阻
分类号: U445.57
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 72次
引　用: 1次
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内容摘要

悬臂工法预应力混凝土连续箱梁桥在城市道路、高速公路、铁路及高铁等公共交通系统之中得到广泛的应用,成为大跨度桥梁建设的重要桥型之一。为确保悬臂施工过程乃至成桥运营后桥梁的结构安全、质量可靠和线形平顺,需对主梁挠度、应力等进行预测和控制。结合理论计算和现场实测,确保桥梁的施工质量。首先,在简要介绍连续梁桥施工控制分析的原理和方法的基础上,用Midas Civil建立以梁单元为基础的悬臂工法桥梁施工阶段有限元仿真模型,详细介绍了有限元建模的全过程,并计算分析各施工阶段的预供值和应力变化。其次,分析影响标高控制的主要参数,如混凝土容重、弹性模量、预应力荷载、挂蓝荷载等,通过理论计算确定其对标高控制的敏感度。参照参数敏感度分析,通过现场观测试验,确定主要参数,修改有限元模型,计算桥梁理论预供值,从而确定节段施工的立模标高。之后,引入灰色预测模型,根据已经测定的节段标高数据规律,预测后续节段的标高值。然后,利用预先埋设的应变传感器,对悬臂施工阶段的桥梁进行分工况监测,获得实测应力发展曲线,与相应节段和工况的理论应力发展曲线进行对比分析,判断施工阶段控制截面应力发展的趋势,分析其是否处于正常的应力值范围,并进行误差分析,为施工阶段应力监测提供真实而可靠的依据。最后,在Ansys静力承载能力分析的基础上,自行设计并标定压力传感器,对预应力孔道进行现场摩阻试验,将数据利用最小二乘法进行理论计算,得出实测的孔道摩阻系数和每米孔道偏差系数,与规范值进行比较,并给预应力张拉施工控制提出一些建议。总体而言,数值仿真分析与工程实测值吻合程度较好,理论计算和现场实时监控对连续梁桥的施工控制效果良好。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-9
第1章绪论  9-15
  1.1 预应力混凝土连续梁桥发展概述  9-10
  1.2 现浇悬臂工法简介  10-12
  1.3 施工监控的必要性  12
  1.4 施工监控的原理和方法  12-13
  1.5 本文研究的主要内容  13-15
第2章桥梁施工控制及仿真原理  15-26
  2.1 桥梁施工过程的模拟分析方法  15-17
    2.1.1 正装分析法  15
    2.1.2 倒装分析法  15-17
  2.2 桥梁施工模拟分析的有限元法  17-21
    2.2.1 有限元分析理论概述  17-18
    2.2.2 有限元法平衡方程  18-21
  2.3 桥梁施工仿真的一般步骤  21-24
  2.4 有限元软件的比选  24-26
    2.4.1 Midas Civil  24
    2.4.2 桥梁博士  24
    2.4.3 Ansys  24-26
第3章连续梁桥施工仿真  26-38
  3.1 工程简介  26-27
  3.2 全桥施工仿真过程  27-38
    3.2.1 定义材料及截面  27-28
    3.2.2 创建结构模型  28-30
    3.2.3 建立结构组  30-31
    3.2.4 建立边界条件  31-32
    3.2.5 建立荷载组  32-34
    3.2.6 定义并建立施工阶段  34-36
    3.2.7 混凝土时间依存特性  36-38
第4章连续梁桥标高控制研究  38-56
  4.1 高程控制参数敏感度分析  38-41
    4.1.1 主要设计参数分类  38-39
    4.1.2 结构参数敏感度分析  39-41
  4.2 立模标高的计算  41-49
    4.2.1 梁顶设计标高  42-43
    4.2.2 成桥阶段计算挠度值  43-44
    4.2.3 静活载计算挠度值  44-45
    4.2.4 累计计算预供值  45-46
    4.2.5 挂蓝弹性变形值  46-48
    4.2.6 立模标高的确定  48-49
  4.3 立模标高与主梁标高现场控制  49-50
    4.3.1 立模标高的测量  49
    4.3.2 主梁标高及挠度的观测  49-50
  4.4 灰色预测标高控制法  50-56
    4.4.1 灰色预测理论的基本原理与方法  51
    4.4.2 GM(1,1)预测模型的建立  51-53
    4.4.3 GM(1,1)模型实例分析  53-56
第5章连续梁桥施工阶段应力监测  56-69
  5.1 应力测试方法  56-60
    5.1.1 传感器的选择  56-57
    5.1.2 振弦式应变传感器的原理  57-58
    5.1.3 传感器布置方案  58-59
    5.1.4 振弦应变计埋设  59-60
    5.1.5 箱梁结构应力测量  60
  5.2 实测数据分析  60-65
    5.2.1 应力计算及修正公式  60-61
    5.2.2 控制截面及其实测数据  61-64
    5.2.3 实测数据结果分析  64-65
  5.3 理论与实测对比分析  65-69
    5.3.1 理论与实测数据  65-67
    5.3.2 理论与实测数据结果分析  67-69
第6章连续梁桥预应力孔道摩阻试验分析  69-80
  6.1 压力传感器的设计与标定  69-73
    6.1.1 压力传感器的设计  69-71
    6.1.2 压力传感器的原理  71
    6.1.3 压力传感器的标定  71-73
  6.2 试验原理与步骤  73-76
    6.2.1 试验概况  73-74
    6.2.2 试验原理  74-75
    6.2.3 试验步骤  75-76
  6.3 试验数据结果  76-79
  6.4 试验结果分析  79-80
第7章总结  80-82
  7.1 总结  80-81
  7.2 建议与展望  81-82
参考文献  82-85
致谢  85-86
附录1 压力传感器APDL  86-88
附录2 攻读硕士期间发表的论文  88

预应力混凝土连续梁铁路桥施工控制与仿真分析

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