大跨箱型拱桥贝雷拱架稳定性与吊拼装施工优化研究

摘要

在我国西部山区修建大跨径钢筋混凝土箱型拱桥时，因桥位处狭窄地形而无法修建拱箱预制场地，或因施工环境条件的限制，使大型的吊装设备无法进驻施工现场。贝雷片组装成的贝雷拱架具有整体性好、装配化程度高等诸多优点，故这一施工方法在此类狭窄地形条件具有独特的优势。本文以湘西保靖县迁清公路上三座大跨钢筋混凝土箱型拱桥的施工控制为背景对贝雷拱架的稳定性、吊拼装组合施工进行研究。其中江口大桥与普市驼大桥主孔跨径均为80m，甘兰坪大桥主拱跨径为110m。三座拱桥均为上承式钢筋混凝土箱型拱桥，且均采用贝雷拱架上分幅分环分段现浇拱圈的施工工艺。随着跨径的增大，施工阶段越来越复杂，拱架的稳定性问题也越来越突出。同时对贝雷拱架吊拼装进行优化组合有利于提高其架设效率。本文针对贝雷拱架的稳定性和拱架吊拼装优化组合两个问题做了如下工作: (1)通过对贝雷拱架结构进行第一类稳定的线弹性有限元分析，得到其变形值、应力值、稳定系数及失稳形式，从而判断在主拱圈混凝土浇筑过程中拱架的刚度和强度是否满足稳定性条件。 (2)通过对贝雷拱架结构进行第二类稳定的几何非线性分析，得出与拱架稳定性能相关的荷载-位移曲线、非线性稳定系数等。并拱架的面内和面外稳定进行了解析法的计算，从而进一步对分幅分环分段浇筑主拱圈混凝土过程中贝雷拱架的稳定性进行验算。 (3)在保证拱架稳定的前提下，以拱架吊拼装架设时间为目标，构建拱架施工优化目标函数和采用拱桥横向分布计算的理论，对贝雷拱架施工中的吊装及拼装（纵横向布置）进行优化。通过对目标函数的求解计算，得出最优的拱架吊拼装组合形式。 通过对贝雷拱架的稳定分析得出了其稳定性提升的方法。对贝雷拱架吊拼装施工工艺进行优化组合提升了架设效率，取得了较好的经济效果。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 拱桥的发展

1．2 拱桥的施工工艺

1．3 贝雷拱架现浇工艺

1．4 贝雷拱架稳定性及吊拼装优化

1．5 课题的来源

1．6 研究内容

第2章 稳定分析理论与优化理论

2．1 结构稳定理论的发展历程

2．2 第一类稳定问题与弹性分析

2．2．1 第一类稳定问题的原理

2．2．2 弹性有限元理论

2．3 第二类稳定问题与非线性分析

2．3．1 第二类稳定问题的原理

2．3．2 非线性有限元理论

2．4 拱架的平面屈曲与面外稳定

2．4．1 拱架的平面屈曲

2．4．2 拱架的面外稳定

2．5 优化计算理论

2．5．1 最优化问题概述

2．5．2 最优化问题的分类

2．6 本章小结

第3章 贝雷拱架稳定分析

3．1 工程背景

3．2 第一类稳定问题的线弹性有限元计算

3．3 第二类稳定问题的非线性有限元计算

3．4 面内屈曲与面外稳定

3．4．1 面内屈曲

3．4．2 面外稳定

3．5 拱架稳定性提升方法的探讨

3．5．1 风缆对拱架稳定性的影响

3．5．2 工字钢横梁对拱架稳定性的影响

3．5．3 扣索对拱架稳定性的影响

3．5．4 组合方案对拱架稳定性的影响

3．6 本章小结

第4章 贝雷拱架吊拼装施工优化

4．1 引言

4．2 贝雷拱架吊装优化

4．2．1 优化设计指标

4．2．2 优化设计指标计算

4．2．3 目标函数的建立与计算

4．3 贝雷拱架拼装优化

4．3．1 拼装优化的数学模型

4．3．2 贝雷拱架折线形优化

4．3．3 拱架横向布置的优化

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

附录

致谢