新型钢混组合围堰力学性能研究及监测分析

摘要

随着我国交通建设事业的飞速发展，大型桥梁水下基础的建设对围堰结构也提出了更高的要求。本文以在建的世界跨度第一的公铁两用钢箱梁斜拉桥—宜宾临港长江大桥为工程背景，该桥北岸索塔体量庞大，桥区水文环境恶劣，地质条件复杂。采用传统双壁钢围堰存在制造难度大，浮运费用昂贵及着床困难等缺点，使用效果不理想，而文章研究的新型围堰采用下部咬合桩和上部双壁钢围堰的钢混组合结构，以结构灵活，经济实用的优点得到了专家的一致认可。但新型围堰结构复杂，受力机理不明确，且在国内外大型桥梁修建中尚无参考案例，故需采用理论与试验相结合的方法研究新型围堰受力机理，并通过实践验证新型钢混组合围堰可行性。　　论文首先通过水槽试验获得了新型围堰在洪水期的水流荷载，并以此为基础建立了新型钢混组合围堰的三维有限元模型，分析了该新型围堰在不同工况下的力学响应特点。而后以有限元计算结果为参考，构建了新型围堰安全监测系统，保障了临港桥大型水下基础的成功建设，最后通过与有限元分析结果对比，验证了理论计算的可靠性。论文主要成果如下：　　(1)参考国内外文献和相关工程资料，对各类围堰结构特点、使用条件和发展概况进行了介绍，并对大型桥梁围堰的研究和应用现状进行了梳理总结。其后结合背景桥梁水文地质条件拟定新型钢混组合围堰结构，对其关键构造和施工技术进行了重点说明。　　(2)针对新型围堰的哑铃型特殊平面形状，在西南交大中型波流水槽开展1∶100围堰缩尺模型水槽试验，对新型围堰在多组不同工况下的水流力进行研究，分别从吃水深度、水流流速、水流夹角三个方面分析了新型围堰在水流作用下的受力规律，其后引入顺向与横向水流力系数，得到了新型钢混组合围堰在各工况下的水流荷载。　　(3)针对新型钢混组合围堰结构复杂，受力机理不清晰的特点，基于试验水流荷载建立了包括梁、板、实体单元在内的新型围堰三维有限元模型，对咬合桩、内撑等围堰关键构件在开挖、渡洪等各工况下的力学响应进行分析，评估了新型围堰的安全性能，并进一步设计了6组不同参数(咬合桩等效厚度、壁板厚度)的新型围堰计算模型，对围堰关键构件进行参数敏感性研究，为新型围堰设计优化提供理论基础。　　(4)构建了新型钢混组合围堰安全服役监测系统，保障了新型围堰使用期间的安全性。而后分别建立了采用试验水流力与规范计算水流力的有限元模型，并与现场监测数据对比分析，研究了新型钢混组合围堰的实际受力响应规律与不同水流力计算方法下的计算结果差异。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 围堰类型及发展概况

1.3 国内外研究与应用现状

1.3.1 国内外研究现状

1.3.2 国内外应用现状

1.4 论文的主要研究内容

第2章 新型钢混组合围堰设计方案

2.1 工程背景

2.1.1桥梁概况

2.1.2地质条件

2.1.3水文条件

2.2 新型围堰方案优选

2.2.1围堰结构比选

2.2.2围堰形状比选

2.2.3新型围堰概述

2.3 新型钢混组合围堰概述

2.3.1咬合桩

2.3.2钢混连接段

2.3.3双壁钢围堰

2.3.4内撑安装

2.4 本章小结

第3章 新型钢混组合围堰水槽试验研究

3.1 试验目的及原理

3.1.1 试验目的

3.1.2 试验原理

3.1.3 试验方法

3.2 试验方案

3.2.1 试验设计

3.2.2 试验条件

3.2.3 试验内容

3.3 试验结果分析

3.3.1 水流夹角对水流力的影响

3.3.2 水流速度对水流力的影响

3.3.3 新型围堰水流力系数研究

3.4 本章小结

第4章 新型钢混组合围堰力学特性研究

4.1 新型钢混组合围堰结构概况

4.2 有限元模型建立

4.2.1 咬合桩的模拟

4.2.2 桩土作用的模拟

4.2.3 主要荷载计算

4.2.4 材料参数与单元选择

4.3施工阶段划分

4.3.1 施工阶段单元说明

4.3.2 施工阶段荷载说明

4.3.3 施工边界条件说明

4.4 计算结果分析

4.4.1 整体稳定性

4.4.2 咬合桩

4.4.3 桩顶冠梁

4.4.4 双壁钢围堰

4.4.5围堰内部支撑

4.5 新型钢混组合围堰参数敏感性研究

4.5.1 咬合桩等效厚度对围堰影响

4.5.2 壁板尺寸对围堰影响

4.6 本章小结

第5章 新型钢混组合围堰监测及数据分析

5.1 监测方案介绍

5.1.1 监测目标

5.1.2 监测方法

5.1.3 监测系统

5.2数据采集与计算

5.2.1 测点布设

5.2.2 数据选取

5.2.3 数据计算

5.3监测结果与分析

5.3.1 咬合桩变形分析

5.3.2 内支撑应力分析

5.3.3 竖肋应力分析

5.3.4 壁板应力分析

5.4 本章小结

结论及展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及科研成果

参与的项目