基于无应力状态法的大跨度钢桁架桥梁施工监控关键技术研究

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大跨径钢桁架桥梁具有结构性能高,整体跨径大,便于工厂化预制等显著优点,因而成为现代桥梁工程师的重要选择桥型之一。但是,此种桥型却加大了施工监控工作难度,仍然存在技术层面的难点。而无应力状态法以杆件的无应力状态量为中间媒介,确立了施工中间状态与结构成桥状态的数学关系,降低了施工监控的计算量,提高了工程效率。本文以西安某一大跨径钢桁架连续梁桥为研究对象,采用无应力状态法思想,建立有限元模型,进行了结构静力分析,线形控制,误差调整等关键技术研究。具体的工作内容和结论如下:(1)基于无应力状态法理论,推导了单元无应力状态量的计算公式,从理论层面上建立了桥梁分阶段施工的力学平衡方程。针对本文的钢桁架梁桥算例,提出了采用杆件的无应力长度为控制指标进行施工控制。(2)采用有限元软件确定了结构的合理成桥状态。在合理成桥状态下,进行了整体结构的静力分析。研究表明,在最不利工况下,结构的应力和变形均在合理范围内。(3)基于无应力状态法原理,以合理成桥状态为最终目标,求解出桥梁的施工预拱度。并且基于温度起拱法,计算出桥梁杆件的调整量,得到结构杆件的无应力长度。(4)采用基于无应力状态的前进分析法,建立了桥梁的分阶段施工模型,确立了结构的理想施工状态。研究表明,桥梁一次成桥的线形跟分阶段成桥的线形和支座反力具有吻合性,桥梁分阶段施工可以完成桥梁的预设目标。(5)进行了桥梁的敏感性分析,主要分析了主梁容重,主梁刚度,温度和二期荷载对结构的影响。在此基础上,采用最小二乘法对结构进行了参数修正,减小了误差对结构整体线形的影响。(6)将理论研究成果应用于工程实际,全程跟踪桥梁施工过程中的线形和应力监测,进行了理论和监测数据的对比性分析,说明了施工监控的正确性和有效性。
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