悬臂浇筑施工钢筋混凝土拱桥设计参数优化与合龙关键技术研究

摘要

大跨度钢筋混凝土拱桥的悬臂浇筑施工是由扣锚索、塔架、拱圈组成斜拉扣挂体系，利用挂篮逐段浇筑拱圈直至合龙的施工方法。悬臂浇筑施工过程中，扣索力大小以及塔架高度、索拱锚固位置等设计参数对拱圈的内力和线形影响较大;此外，主拱圈合龙为拱肋由曲梁变成成拱的过程，它直接关系到拱桥成桥后主拱圈受力是否合理，线形是否美观等问题。本文以木蓬特大桥为工程背景，围绕设计参数优化和合龙关键技术开展研究，主要做了如下几方面的工作:
　　 详细研究和比较目前常用的几种扣索索力计算方法和各自特点，基于应力平衡法提出求解悬臂浇筑拱桥的扣索索力的方法，此外，引入最优化理论，探讨利用ANSYS软件进行扣索索力优化的方法;
　　 以木蓬特大桥为工程背景，扣索一次张拉到位为控制思想，利用APDL参数化语言编辑优化程序，使用一阶优化方法求解满足拱圈应力安全的最优扣索力;在大桥原设计的基础上，对比分析塔架高度和索拱锚固位置等设计参数对索力优化结果和拱圈应力水平的影响，通过分析得到:扣索位置锚于底板相对于顶板对索力和拱圈应力有明显减小，在保证塔架稳定性和经济性的前提上，塔架增高对拱圈应力降低有显著作用;
　　 研究以合理成桥状态为目的的合龙前索力调整优化方法，用此方法得到木蓬桥合龙前索力调整的比选方案之一;探讨为消除非设计合龙温度对合龙的影响所需采取的措施，提出利用最小二乘法计算顶推力和配重大小的方法和步骤，以木蓬特大桥为例对该方法的计算效果进行验证;最后对主拱圈最大悬臂状态的稳定性和合龙后扣索拆除顺序进行了计算分析。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 钢筋混凝土拱桥

1．2 钢筋混凝土拱桥的施工方法

1．3 悬臂浇筑钢筋混凝土拱桥

1．3．1 拱桥悬臂浇筑拱桥概述

1．3．2 现阶段国内外发展情况介绍

1．3．3 钢筋混凝土拱桥悬臂浇注法发展前景与挑战

1．4 问题的提出及本文研究的主要内容

1．4．1 问题的提出

1．4．2 本文研究的主要内容

第二章 悬臂浇筑拱桥扣索索力计算研究

2．1 常用的几种扣索索力计算方法

2．1．1 概述

2．1．2 常用的索力计算方法介绍

2．2 悬臂浇筑施工拱桥合理扣索索力计算方法

2．3 基于ANSYS的索力优化理论

2．3．1 优化问题的概念

2．3．2 优化问题的数学模型

2．3．3 ANSYS优化算法

2．3．4 ANSYS利用APDL参数化语言优化的步骤

2．4 本章小结

第三章 悬臂浇筑钢筋混凝土拱桥设计参数优化

3．1 木蓬特大桥扣索索力优化

3．1．1 工程背景

3．1．2 施工过程概要

3．1．3 有限元计算模型建立

3．1．4 优化变量的选取

3．2 索拱锚固位置的对比分析研究

3．2．1 引言

3．2．2 两种锚固形式的仿真计算

3．2．3 结果对比分析

3．3 扣塔高度对索力优化结果的影响

3．3．1 引言

3．3．2 斜拉扣挂施工拱桥一般的跨度与塔高之比

3．3．3 计算结果对比分析

3．4 本章小结

第四章 悬浇钢筋混凝土拱桥合龙关键技术研究

4．1 悬臂浇筑钢筋混凝土拱桥的合理成桥状态

4．2 最大悬臂状态的索力调整优化

4．3 索力调整优化计算实例

4．3．1 有限元模型的建立

4．3．2 施工阶段的划分

4．3．3 优化变量的选取

4．3．4 APDL参数化语言程序实现

4．3．5 计算结果

4．3．6 木蓬特大桥的合龙前索力调整

4．4 考虑温度影响的合龙关键技术研究

4．4．1 配重与顶推

4．4．2 计算顶推力与配重大小的最小二乘法

4．4．3 计算顶推力与配重大小的最小二乘法实践

4．5 最大悬臂状态的稳定性分析

4．6 合龙后扣锚索的合理拆索顺序

4．7 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录

一．学习期间所参加的主要课题项目

二．学习期间发表的论文