福元路大桥主桥吊杆张拉与桥面板铺设关键技术研究

摘要

拱桥作为中国一种传统的桥型，曾在我国的桥梁史上写下了光辉的一页。新型钢混梁拱组合拱桥的应用，给拱桥的发展带来了新的活力，钢结构与混凝土桥面板的结合更加充分发挥了两种材料的各自优点。钢混梁拱组合体系拱桥由于其造型优美，受力合理，跨越能力大而被广泛应用于工程建设中。本文以长沙市福元路大桥主桥的施工监控为工程背景对新型钢混梁拱组合拱桥的体系转换过程中的吊杆张拉顺序和桥面板铺设顺序进行了研究。获得了最优的吊杆张拉方案与桥面板铺设方案，对于今后指导相同类型桥梁的施工控制具有良好的借鉴意义与社会效益。论文的主要工作如下:
　　 (1)综述了钢混组合结构桥梁的发展历程
　　 阐述了国内外钢混组合结构桥梁的发展，归纳了钢混组合结构的计算理论与施工技术发展概况，提出了梁拱组合拱桥体系转换过程中的吊杆张拉顺序问题与钢混组合桥面系铺设桥面板顺序对桥梁结构在施工过程中的局部受力影响。
　　 (2)阐述了梁拱组合拱桥的实用计算方法
　　 对前人关于梁拱组合体系变形协调机理的理论进行了详细解释:将所有吊杆力假设为大小相等，并将吊杆力简化为膜张力，将梁拱组合体系分解为两部分即梁拱闭合体和吊杆两种构件。由变形协调关系，结合结构力学的方法求解出了均布荷载作用下梁拱组合体系的吊杆膜张力t的计算表达式及跨中拱肋、主梁挠度的表达式。还从动态变形协调角度推导出了同样的吊杆力简化公式。
　　 (3)研究了吊杆张拉的最优顺序及方案
　　 梁拱组合桥梁的体系转换尤为重要，是施工控制的难点和重点。通过不同的吊杆张拉力可以使梁拱达到合理的受力状态。吊杆张拉顺序也对体系转换过程中的结构局部受力有很大影响。针对吊杆张拉顺序文中提出了3种不同的张拉方案，并通过建立模型模拟施工过程得出了计算数据，通过对比拱肋、主梁关键截面的应力变化与吊杆力的变化趋势获得了最优的吊杆张拉方案。
　　 (4)研究了桥面板铺设顺序，提出了施工最优方案
　　 随着新型钢混组合结构的发展，钢纵横梁结合混凝土桥面板的钢混组合桥面系的应用越来越多。钢混组合桥面系多采用先施工钢结构后铺设预制桥面板的方式，这样对于桥面板的铺设方式的研究很有必要。文中对于桥面板的铺设方式进行了探讨，提出了3种不同的桥面板铺设方式，并通过有限元模型进行了模拟计算，对计算结果的关心数据进行了对比分析，获得了受力最优与施工最优的铺板方案。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 钢混组合结构梁拱结合体系拱桥的应用概述

1．1．1 钢混组合结构的特点

1．1．2 梁拱结合体系拱桥综述

1．1．3 国外钢混组合结构桥梁发展概况

1．1．4 国内钢混组合结构桥梁发展概况

1．2 国内钢混梁拱组合体系桥梁吊杆张拉及桥面板铺设研究现状

1．2．1 梁拱组合体系吊杆张拉理论发展概述

1．2．2 确定合理成桥状态吊杆张拉力的几种方法

1．2．3 吊杆张拉及桥面板铺设程序概述

1．3 本文研究的主要内容

第二章 梁拱结合体系桥梁吊杆力简化理论

2．1 梁拱结合体系拱桥的受力特性

2．1．1 梁拱组合体系在均布荷载作用下的静力特性

2．1．2 梁拱组合体系在集中荷载作用下的静力特性

2．2 均布荷载作用下的实用吊杆力简化计算理论

2．2．1 膜张力作用简化理论计算过程

2．2．2 膜张力t及挠度求解基本假定

2．2．3 膜张力t及挠度的求解过程

2．3 利用变形协调关系对膜张力作用t及挠度的求解

2．4 吊杆力的另一种简化模式-余弦函数

2．5 福元路大桥主桥的模型简化

2．6 本章小结

第三章 吊杆张拉加载程序的仿真分析

3．1 工程背景介绍

3．2 吊杆张拉控制概述

3．3 仿真模型的建立

3．3．1 钢混梁拱结合体系主梁的模拟

3．3．2 钢混梁拱结合体系拱肋的模拟

3．3．3 吊杆及系杆索的模拟

3．3．4 湿接缝及桥面铺装的模拟

3．3．5 成桥后边界条件的模拟

3．4 吊杆分批张拉流程

3．5 吊杆张拉顺序对桥梁结构的受力影响

3．6 三种吊杆张拉程序的对比分析

3．6．1 张拉程序Ⅰ的受力特点分析

3．6．2 张拉程序Ⅱ的受力特点分析

3．6．3 张拉程序Ⅲ的受力特点分析

3．7 本章小结

第四章 钢混梁拱组合体系桥梁桥面板铺设过程的受力特点

4．1 福元路大桥主桥桥面板安装工程背景

4．2 桥面板结构简介

4．3 主桥桥面板安装施工工艺概述

4．4 主桥桥面板铺设顺序研究

4．4．1 单向连续铺设法

4．4．2 两端向跨中铺设法

4．4．3 跨中向两端铺设法

4．5 桥面板铺设方法的力学特点

4．5．1 单向连续铺设法的受力行为分析

4．5．2 两端向跨中铺设法的受力行为分析

4．5．3 跨中向两端铺设法的受力行为分析

4．6 拱肋与主梁的位移

4．6．1 拱肋位移变化量对比分析

4．6．2 主梁位移变化量对比分析

4．7 本章小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 对下一步工作的建议

参考文献

致谢

附录