下承式连续梁拱组合体系桥梁施工仿真分析与控制

摘要

下承式连续梁拱组合体系桥梁是一种结构受力合理、外形美观、新颖的结构体系。它在近几十年得到了长足的发展。然而作为一种拱、梁组合的超静定结构体系，结构内力较一般桥梁体系复杂，恒载内力状态具有多样性，结构变形状态呈非线性，施工过程与成桥状态具有相关性，特别是在施工阶段结构体系的不断转换，必然给桥梁结构带来较复杂的内力和位移变化，这些特点使得这种桥的施工控制与仿真分析成为突出的研究课题。大多数的仿真软件是以平面或者是空间梁单元来模拟桥梁，而且针对施工过程的专用性不强。桥梁的计算分析多年来一直停留在平面分析上，即使做空间分析也只是局部做。本文在学习和总结前人研究工作的基础上，结合无锡滨湖路运河大桥的施工监控实践，围绕着大跨径梁拱组合体系桥梁施工模拟计算与控制进行了较为深入的分析和计算研究。 首先，本文介绍了连续梁拱组合体系桥梁的施工仿真分析的研究现状以及施工仿真分析方法，研究了连续梁拱组合体系桥梁施工仿真分析计算影响因素；重点对应用大型通用计算程序ANSYS实现连续梁拱组合体系桥施工过程仿真分析所涉及到的结构非线性、施工过程模拟、混凝土的收缩徐变、预应力效应、施工荷载和吊杆张拉力的模拟进行了详细分析和探讨； 其次，以无锡滨湖路运河大桥施工过程仿真计算为背景，用实体单元来模拟混凝土、用空间杆单元来模拟三向预应力钢筋建立三维有限元模型。对该桥的施工过程进行了正装计算，实现了对施工过程的空间仿真分析；并对下承式连续梁拱组合体系桥梁进行吊杆张拉过程仿真分析研究，提出最优化的张拉顺序。 最后，通过桥梁的施工仿真分析对该桥实施施工控制，通过计算结果分析并和桥梁博士计算结果、部分实测结果进行的比较分析表明：(1)该计算结果是正确合理的，可以用于工程实践；(2)通过建立空间有限元模型，可以得到任意截面上的应力分布，这对了解处于复杂受力状态下的箱梁各处的应力状况是很有意义的；(3)同时也说明该课题成果是有效和实用的，可以为现阶段连续梁拱组合体系桥梁的施工控制提供有意义的参考依据。

目录

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第一章绪论

1.1梁拱组合体系桥的产生和分类

1.2连续梁拱组合体系桥的受力特点和施工方法

1.2.1连续梁拱组合体系桥的基本受力特点

1.2.2连续梁拱组合体系桥的施工方法

1.3桥梁施工过程仿真分析

1.3.1桥梁施工仿真分析的目的、意义

1.3.2桥梁施工仿真分析发展现状

1.3.3下承式连续梁拱组合体系桥的施工仿真分析研究现实意义

1.4本论文研究内容

第二章桥梁施工过程仿真分析基本理论

2.1桥梁施工过程仿真分析的主要内容

2.2桥梁施工仿真分析的有限元法

2.2.1有限元法的概述

2.2.2有限元法的基本原理

2.2.3有限元法在桥梁施工仿真分析中的应用

2.3桥梁施工过程模拟分析方法

2.3.1正装计算法

2.3.2倒拆计算法

2.3.3无应力状态法

2.4下承式连续梁拱组合体系桥梁施工仿真计算的影响因素

2.4.1结构参数

2.4.2结构计算分析模型

2.4.3温度变化

2.4.4材料收缩、徐变的影响

2.4.5结构非线性

2.4.6施工进程

2.4.7吊杆张拉

2.5 小结

第三章下承式连续梁拱组合体系桥梁施工过程仿真分析的程序实现

3.1 ANSYS软件介绍

3.2 ANSYS模拟施工过程中的几个关键问题的实现方法

3.2.1结构非线性分析的实现

3.2.2施工过程的模拟

3.2.3预应力钢筋和损失的模拟

3.2.4施工荷载的模拟

3.2.5收缩的模拟

3.2.6徐变的仿真模拟

3.2.7吊杆初应力和系杆力的模拟

第四章下承式连续梁拱组合体系桥施工仿真分析实例

4.1工程概况

4.1.1主要材料

4.1.2主桥上部结构施工工艺

4.2仿真分析的研究内容

4.3下承式拱桥计算模型的建立

4.3.1本文使用的ANSYS单元类型

4.3.2材料参数的选择

4.3.3模型的建立

4.4计算分析施工过程的划分

4.5有限元结果分析

4.5.1系梁位移状态分析

4.5.2系梁应力状况分析

4.5.3拱肋位移状态分析

4.5.4拱肋受力状态分析

4.6 小结

第五章施工过程吊杆张拉次序分析

5.1施工过程中吊杆张拉力的确定原理

5.1.1吊杆初始张拉力计算方法

5.1.2吊杆张拉力调整原理

5.2吊杆张拉力有限元计算模型

5.3施工过程吊杆张拉顺序的确定

5.3.1吊杆张拉对结构影响的分析

5.3.2吊杆张拉顺序确定

5.4吊杆张拉力的确定

5.5 小结

第六章下承式连续梁拱组合体系桥的施工控制

6.1桥梁施工控制的概述

6.2下承式连续梁拱组合体系桥施工控制的内容

6.3下承式连续梁拱组合体系桥施工监控成果分析

6.3.1线形控制

6.3.2应力监控

6.3.3吊杆力的监控

6.3.4温度观测

6.4小结

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文