基于灰色理论的多跨连续梁拱组合桥施工控制研究

摘要

跨越大江大河的桥梁结构逐步倾向于采用大跨度新型式,同时桥梁的施工方法也趋于多样化,这就导致已有的施工控制理论并不能完全适用于各种新情况下的桥梁施工。因此,寻求真正适用于新型大跨桥梁的施工控制理论和方法就显得尤为重要。本文以在建多跨连续梁拱组合桥梁为背景,在深入研究了已有施工控制理论和方法的基础之上,对已有的一些方法和理论做了改进和完善,使其更加符合现代桥梁的施工技术和方法。
　　(1)建立全桥有限元模型,分别采用正装计算法和倒装计算法确定施工每个阶段的挠度和应力状态。根据现场实测数据对模型参数适时更新,实现控制过程的动态化和自主性。同时针对四线铁路桥梁宽跨比较大的特点,在控制计算中考虑了扭转效应及拱脚局部应力和变形复杂性。分别建立了主梁和拱脚局部空间实体有限元模型进行详细分析,以期提高控制精度。
　　(2)考虑到悬臂施工中多个工况之间误差影响具有耦合性的特点,采用灰色理论进行预测。在传统单变量GM(1,1)模型的基础上经过理论推导建立了多变量GM(1,n)模型,并将其应用到悬臂施工挠度控制中。该方法弥补了单变量模型的不足,实现了一个施工阶段多工序关联预测。编制了MATLAB程序以提高单变量和多变量模型的预测效率。
　　(3)提出了用最小二乘法曲线拟合进行桥梁施工中的应力控制,摒弃了传统的直接通过离散数值进行误差分析的方法,通过拟合曲线的变化规律(增长或降低趋势)来进行数据的误差分析,克服了由于各种影响因素导致的离散实测值与理论值偏差较大而无法比较分析的弊端。利用MATLAB程序语言设计提高了大数据量处理的工作效率,同时也让桥梁施工中应力控制更具可操作性。
　　(4)研究了无应力状态法在梁拱组合桥梁拱部结构施工控制中的应用,计算了拱肋无应力曲率和吊杆无应力长度。将无应力状态法从斜拉桥和钢桁梁桥的应用推广到了梁拱组合桥梁中,进一步拓宽了无应力状态法的应用领域。
　　(5)对梁拱组合桥梁吊杆力优化的现有方法进行了归纳总结,并基于影响矩阵法原理对背景桥梁成桥吊杆力和施工阶段吊杆力进行了优化调整,使整个桥梁结构在施工阶段和成桥后应力和线形最大程度上实现目标状态。

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1 绪论

1.1 选题意义及背景

1.2桥梁施工控制的研究现状

1.3本文主要研究内容

2 有限元模型及计算结果

2.1全桥有限元模型

2.2 计算方法

2.3 计算结果

2.4 扭转效应分析

2.5拱脚应力分析

2.6本章小结

3 误差分析及状态预测

3.1误差分析理论

3.2灰色系统理论

3.3 MATLAB程序编译

3.4主梁悬臂浇筑阶段施工控制

3.5 本章小结

4 拱肋与吊杆安装控制方法

4.1 桥梁拱部结构概况

4.2拱肋与吊杆控制方法

4.3 施工控制过程

4.4 本章小结

5 吊杆力优化理论及方法

5.1 优化理论及方法

5.2吊杆力优化结果

5.3 本章小结

结论

致谢

参考文献

附录A MATLAB程序

攻读学位期间的研究成果