连续梁桥施工控制及零号块空间应力分析

摘要

随着我国交通事业的快速发展，结构性能优异且成本相对低廉的连续梁桥将在我国未来的公路、铁路建设中扮演更加重要的角色。悬臂浇筑法是我国连续梁桥的主要施工方法，但采用悬臂浇筑法施工的连续梁桥要经历一个漫长复杂的施工过程，成桥后的质量与线形依赖于良好的施工控制。目前我国在进行连续梁桥线形控制时，通常只采用一种状态预测方法，缺乏将两种状态预测方法结合起来应用的尝试;在进行连续梁桥应力控制时，通常将梁单元模型的计算结果作为应力控制的依据，这种方法往往不能真实反映应力状态复杂的零号块。因此，有必要加强对连续梁桥施工控制的研究。
　　本文以合安高铁某连续梁桥为工程依托，对连续梁桥悬臂浇筑施工控制中的关键问题进行研究。采用Midas/Civil软件对连续梁桥悬臂浇筑的施工过程进行模拟，并将模拟得到的结果应用于连续梁桥的施工控制。建立灰色GM(1，1)模型、BP神经网络模型、并联型灰色神经网络模型对连续梁桥悬臂施工过程中混凝土浇筑后的变形值进行预测和调整，分析三个模型预测结果的有效性。采用Midas/FEA软件对连续梁桥应力状态复杂的零号块建立实体单元模型，得到了零号块在五种不利工况下的应力分布状态，并将零号块实体单元模型的计算结果和梁单元模型的计算结果进行对比。本文主要研究结论如下:
　　(1)验证了灰色GM(1，1)模型、BP神经网络模型、并联型灰色神经网络模型在连续梁桥线形控制中的可行性，三种模型都能对连续梁桥悬臂浇筑施工过程中混凝土浇筑后的变形值进行较好的预测和调整。
　　(2)将灰色GM(1，1)模型、BP神经网络模型、并联型灰色神经网络模型的预测结果进行对比，结果表明并联型灰色神经网络模型预测结果的平均相对误差、最大相对误差和均方根误差最小，说明了并联型灰色神经网络模型在连续梁桥线形控制应用上的优越性。
　　(3)通过对零号块建立实体单元模型，得到了零号块在最大悬臂状态、成桥状态、最不利弯矩状态、最不利轴力状态以及最不利剪力状态下的应力分布情况，结果表明零号块在五种工况下整体都处于受压状态，应力状态合理，但在横隔板、底板进入洞、顶板移动荷载加载区域上出现了较大的主拉应力，有局部开裂的风险，在今后的设计和施工控制中应当对这些部位加以注意。
　　(4)和零号块梁单元模型计算结果相比，零号块实体单元模型的计算结果和现场应力监测结果更接近，说明零号块实体单元模型能够更加准确的描述零号块的实际应力状态。在对连续梁桥零号块进行应力控制时，采用实体单元建模方法会取得更好的效果。
　　本文研究成果为状态预测法在连续梁桥线形控制上的应用提供了新的思路，对今后连续梁桥的设计和施工控制具有一定的指导意义。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 预应力混凝土连续梁桥的发展概况

1．3 桥梁施工控制的意义

1．4 桥梁施工控制研究的发展历史与现状

1．4．1 国外桥梁施工控制研究的发展历史与现状

1．4．2 国内桥梁施工控制研究的发展历史与现状

1．5 连续梁桥悬臂浇筑施工控制中存在的问题

1．6 本文的主要研究内容

第二章 悬臂浇筑连续梁桥施工控制理论和方法

2．1 悬臂浇筑连续梁桥施工控制方法

2．1．1 开环控制法

2．1．2 闭环控制法

2．1．3 自适应控制法

2．2 悬臂浇筑连续梁桥施工控制的主要任务

2．2．1 变形控制

2．2．2 应力控制

2．2．3 稳定性控制

2．2．4 安全控制

2．3 影响悬臂浇筑施工控制的因素

2．3．1 结构参数

2．3．2 施工工艺

2．3．3 施工监测

2．3．4 结构仿真模型

2．3．5 温度变化

2．3．6 施工管理

2．4 施工控制中连续梁桥的结构计算方法

2．4．1 正装分析法

2．4．2 倒装分析法

2．4．3 无应力状态法

2．5 本章小结

第三章 合安高铁跨S228省道连续梁桥结构仿真分析

3．1．1 工程概况

3．1．2 设计标准

3．1．3 施工方法

3．2．1 参数取值

3．2．2 荷载模拟

3．2．3 计算单元划分

3．2．4 边界条件的模拟

3．2．5 施工阶段划分

3．3 计算结果

3．3．1 最大悬臂阶段内力及变形分析

3．3．2 边跨合拢后内力及变形分析

3．3．3 成桥阶段内力及变形分析

3．4 本章小结

第四章 合安高铁跨S228省道连续梁桥施工控制

4．1 连续梁桥的线形控制

4．1．1 线形控制的目标

4．1．2 立模标高的确定

4．1．3 测点的布设

4．1．4 线形监测方法

4．1．5 线形控制结果

4．2 连续梁桥的应力控制

4．2．1 应力测点布置

4．2．2 应力测量方法

4．2．3 应力控制结果

4．3 本章小结

第五章 并联型灰色神经网路模型在连续梁桥线形控制中的应用

5．1 施工控制误差分析

5．2 灰色理论和BP神经网络的结合方法

5．2．1 并联型灰色神经网络

5．2．2 串联型灰色神经网络

5．2．3 嵌入型灰色神经网络

5．3．1 灰色系统理论原理

5．3．2 灰色GM(1，1)模型的建立

5．3．3 灰色GM(1，1)模型的预测结果

5．4 BP神经网络模型

5．4．1 BP神经网络原理

5．4．2 BP神经网络的建立

5．4．3 BP神经网络模型的预测结果

5．5 并联型灰色神经网络模型

5．5．1 并联型灰色神经网络模型的建立

5．5．2 并联型灰色神经网络模型的预测结果

5．6 本章小结

第六章 连续梁桥零号块空间应力分析

6．1 零号块空间应力分析的意义

6．2 零号块实体单元模型的建立

6．2．1 建模方法

6．2．2 有限元模型的建立

6．3 零号块应力分析

6．3．1 最大悬臂状态零号块应力分析

6．3．2 成桥状态零号块应力分析

6．3．3 最不利弯矩工况下零号块应力分析

6．3．4 最不利轴力工况下零号块应力分析

6．3．5 最不利剪力工况下零号块应力分析

6．3．6 零号块应力分布特点

6．4 零号块实体单元模型计算结果和监测结果的对比研究

6．5 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 本文研究的主要结论

7．2 后续工作的展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况