高墩大跨连续刚构桥设计计算分析及合龙方案优化研究

摘要

高墩大跨连续刚构桥是一种多次超静定的复杂的空间受力体系，其影响因素众多，最终结构的形成将经历复杂的体系转化过程，且施工中对已完成结构的调整措施有限。因此，对于高墩大跨连续刚构桥，设计阶段的结构计算分析就显得特别重要。本文以贵州平寨特大桥主桥(主跨为235米的高墩大跨连续刚构桥)为工程背景，对其进行复核设计计算分析，并对合龙方案进行了优化研究。主要研究内容和成果有： (1)复核计算了永久作用、可变作用、作用效应组合下贵州平寨特大桥主桥施工阶段及成桥运营阶段的线形和受力性能。 (2)进行预应力混凝土连续刚构桥混凝土收缩和徐变作用效应分析，得出了一些对设计有益的结论。 (3)进行均匀温度作用和梯度温度作用对混凝土箱梁的影响分析，此外还进行了均匀温度作用对预顶力方案的影响分析，所得结论可为设计和施工提供理论参考。 (4)在现场实测箱墩温度资料基础上，分析了贵州地区混凝土厚壁箱墩在日照温差作用下的温度分布规律，并参照国内外规范及经验公式，用指数函数形式拟合出了最大温差时刻的温度梯度模式，并计算分析了混凝土高桥墩在实测温度梯度模式下的受力情况，得出了一些对设计和施工有益的结论。 (5)用ANSYS有限元程序对混凝土箱墩进行平面温度场数值模拟分析，理论计算结果与实测值符合较好，从而为在缺少温度实测数据的情况下研究混凝土温度场提供了一种有效的计算分析方法。 (6)在原设计合龙方案的基础上，提出另外两种比较常见的合龙方案，比较分析了不同施工合龙顺序对桥梁结构线形及受力的影响，并最终确定了能使成桥后的结构线形和受力最为合理的合龙方案。 (7)首先是进行预顶工艺必要性研究，然后提出预顶力优化计算的影响矩阵法，并将影响矩阵法与二分法相结合，计算出能使施工阶段及成桥运营阶段的结构受力都逼近合理的预顶力方案。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1国内外大跨高墩连续刚构桥发展概况

1.2问题的提出

1.3国内外研究现状

1.3.1桥梁结构分析方法研究现状

1.3.2混凝土徐变研究现状

1.3.3桥梁结构温度效应研究现状

1.3.4连续刚构桥合龙问题研究现状

1.4本文主要工作内容

第二章桥梁结构有限元分析及优化理论

2.1桥梁结构分析的有限元基本理论

2.1.1桥梁结构分析的平面杆系有限元法

2.1.2桥梁结构分析的空间有限元法

2.2工程结构优化设计基本理论

2.2.1概述

2.2.2结构优化设计的一般数学模型

2.2.3工程结构优化设计的基本方法

2.3本章小结

第三章高墩大跨连续刚构桥的设计计算分析

3.1工程概况

3.2计算分析有限元模型的建立

3.2.1计算分析有限元程序介绍

3.2.2参数取值

3.2.3计算分析有限元模型的建立

3.3施工阶段计算分析

3.4运营阶段计算分析

3.4.1永久作用效应分析

3.4.2可变作用效应分析

3.4.3作用效应组合分析

3.5混凝土收缩徐变作用效应分析

3.5.1混凝土收缩徐变作用对主梁的影响分析

3.5.2混凝土收缩徐变作用对桥墩的影响分析

3.6本章小结

第四章高墩大跨连续刚构桥温度作用效应分析

4.1引言

4.2温度应力的产生原理和分类

4.3高墩大跨连续刚构桥均匀温度作用效应分析

4.3.1成桥运营阶段均匀温度作用效应分析

4.3.2施工合龙阶段均匀温度作用效应分析

4.4高墩大跨连续刚构桥梯度温度作用效应分析

4.4.1混凝土箱梁梯度温度作用效应分析

4.4.2混凝土箱墩日照温差作用效应分析

4.5混凝土箱墩温度场数值模拟分析

4.5.1箱墩平面温度场的导热微分方程及求解条件

4.5.2箱墩平面温度场的有限元理论

4.5.3用ANSYS进行箱墩温度场的数值模拟分析

4.6本章小结

第五章合龙方案优化研究

5.1引言

5.2常见多跨梁桥的合龙方案

5.3施工合龙顺序的优化研究

5.3.1施工合龙顺序

5.3.2合龙顺序对结构应力的影响研究

5.3.3合龙顺序对结构线形的影响研究

5.3.4最优合龙方案的选择

5.4连续刚构桥合龙预顶工艺的必要性研究

5.4.1.应力比较

5.4.2线形比较

5.5预顶力优化计算的影响矩阵法

5.5.1基本原理和方法

5.5.2贵州平寨特大桥预顶力的优化计算

5.6本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录