（道路与铁道工程专业论文）大跨度预应力混凝土连续刚构桥设计、施工新技术及施工控制研究.pdf

融明理工大学硕士研究生学位论文 摘要 l 遮羞辩学技术秽交遂事业鼹发展，l ； 应力澎凝连续躐擒轿疆其蕊工简便、 造价经济、受力会理、嚣车舒邋等独搂优势在近年来锝到了迅速潮超，主跨在 2 0 0 m 3 0 0 m ( 甚至3 0 0 m 以上) 救跨度时具有投强弱竞争力。但由予它出现鞍晚， 理论和经验还不十分宠蛰，在修建过程e p 也存在一些技术上躲阀题。 本文以大保线金厂岭澜沦江大揆为依托，从施工、设 及旋工监控凡个方暮蠡 对连续刚构桥进行了研究。 1 对大跨度楱梁悬键浇筑施工的各靴形式挂篷熬工工艺进行了毖较秘总结， 对连续刚构桥悬臀浇筑挂篮施工中重载轻型的发展趋势逃行了展磐，提出了一秘用 于解决重裁轻型懋臂泌筑施工的毅型桁架斜拉式组合挫缝，共进行了霹考亍性分板诗 算和设计。 2 编制tb s c a s 大跨度桥粱结构施工分析软件，从力学和有限单元法暇理对 桥梁结构计算图式的建立和结构离散化胤理做了较为详尽的剖析，对程序的编制 原理、功能以及适用范围做了详细的说明和讨论，提出了一些自融的认识和观点。 并用实例对程序的可靠性进行了验证。 3 对大跨径连续冈0 构桥中多采用的群桩获础的简化模拟做了介缨；并对连续 刚构桥上鄱结构设计中取消膜板弯起索、下弯索和连续束问题进行了探讨，从力学 角度进行了分析研究。 4 对连续剐构桥上部构遗的轻型化问题谶行讨论和展望，并结合云南省大保 线金厂岭澜沧江大桥，对连续刚构桥上部结构构思设计中整桥和分离式独立桥方 案沈逸的溪要性散了分析。 5 讨论了连续阐构桥施工监控的方法，对标高控制原理和参数修正作了分析， 对连续澍构轿合拢的羹要位、施工工序及蕊重问题进行了详尽的阐述。 本文所编涮酌b s c a s 系统能较好地对桥梁施工各阶段模拟分析。同时j 提出 并没计豹勰墅瓣挝式缀合疆餐是一种较为强惑的羹载轻塑往簸形式，在块件獯量 重蟪大跨度桥梁韵淹互中有较大酌优越髋。特嗣魏，对保障山区大跨度桥梁混凝 土浇筑质羹有着极英羹要靛意义。 关继竭：连续剐格撂，胃视纯编程，挂毯，轻型亿，合拢，标商控镧 昆明理工大学顼士骥究生学位论文 m f _ _ h * _ - _ _ _ m _ _ _ _ _ _ * _ _ m _ 一。 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c et e c l m o i o g ym a dt r a f f i ce n t e r p r i s e ，t h ec o n t i n u o u s r i g i df r a m eb r i d g eh a sb e e ng r o w i n gu pr a p i d l y i nt h er e c e n ty e a r sw i t hi t s u n i q u e p r e d o m i n m l c eo fh a n d yc o n s t r u c t i o n ，e c o n o m i c a lc o s t ，r e a s o n a b l ei m e r n a lf o r c ea n d c o m f o r t a b l et r a v e l l i n g i th a ss t r o n gc o m p e t i t i v ea b i l i t yw h e nt h em a i ns p m ai si nt h e r a n g ef r o m2 0 0 m o3 0 0 m ( e v e n o v e r3 0 0 r e ) b u tt h et h e o r i e sa n de x p e r i e n c eo fi ta r e n o tv e r y p e r f e c t b e c a u s eo fi t s r e l a t i v e l y l a t e a p p e a r a n c e t h e r e a r es t i l ls e v e r a l q u e s t i o n si nt h e c o n s t r u c t i o n 。 r e l y i n g o i lt h e j i n c h a n g l i n gl a n c a n a i i a n gb r i d g e o fd a b a ol i n ei ny m m a n p r o v i n c e ，t h r e ep o i n t si n c l u d ec o n s t r u c t i o n ，d e s i g n a n dc o n s t r u c t i o n a l s u p e r v i s o r y c o n t r o lh a v eb e e ne n g a g e di nr e s e a r c h 1 t h et r e n do ft h e d e v e l o p m e n to fb u r d e n a n dl i g h t h a n g i n gb a s 酶t i nt h e c a n t a l e v e rc o n s t r u c t i o no fc o n t i n u o u sr i g i df r m n eb r i d g eh a sb e e np r o s p e c t e d ，t h er o o f t r u s sa n 硅c a b l e s t a t ec o m p o s i t eh a n g i n gb a s k e ta l s oh a s b e e nd e s i g n e db ya n a l y z i n g a n 硅 c o m p m i n g w i t ho t h e ro n e s 2 v i s u a lp r o g r a n m a i n go ft h eb s c a s ( b r i d g es t r u c t u r ec o n s t r u c t i o n a la n a l y s i s s y s t e m ) i sr e a l i z e d ，t h e m e c h a n i s mo fe s t a b l i s l l i n e n ta n dd i s c r e t i z a t i o no f d i a g r a n m m t i c d r a w i n go fb r i d g es t r u c t u r eh a sb e e nm a a l y z e di nd e t a i l sw i t ht l mt h e o r yo f m e c h a n i c s a n df i n i t ee l e m e n tm e t h o d a tn l es a m et i m e t h e o r y , f m r c t i o na n da p p l i c a b i l i t yo ft h e p r o g r m n h a v ea l s ob e e nd i s c u s s e di nt h ep a p e r 3 t h es h n p t i l i c a t i o nm l ds i m u l a t i o no fg r o u pp i l e so ff o m a d a t i o no fc o n t i n u o u s r i g i df f a n l eb r i d g e h a sb e e ni n t r o d u c e d 。t h ec a n c e l l a t i o no fw e b b e n d i n g r e i n f o r c e m a n t a n dc o n t i n u o u sb a ri nu p p e rs t r u c t u r eo f c o n t i n u r u sr i g i df r a m e b r i d g ei sd i s c u s s e d w i t h m e c h a n i c sm e t h o d 4 t h el i g h to f u p p e rs t r u c t m eo f c o n t i n u o u sr i g i df r m n e b r i d g e h a sb e e nd i s c u s s e d i nt h ep a p e r 5 酮1 em e t h o do fc l o s m eo fb e a ma n dc o n t r o lo fe l e v a t i o nh a sa l s ob e e nm m l y z e d i nd e c a i l s 。 t h eb s c a s p r o g r a m c a ns u c c e s s f u l l ys i m u l a t ea n da n a l y z et h eb e h a v eo f b r i d g e s t r u c t m ei nc o n s t r u c t i o n a tt h es a m et i m e ，t h er o o ft r u s sa n dc a b l e s t a t ec o m p o s i t e h a n g i n gb a s k e ti nt 酶p a p e ri sa l s oa ni d e as t r u e t t u ei nb r i d g ep o n s t r u c t i o n 。e s p e c i a l l y , t h es i g n i f i c a n c ei so b v i o u si nm o u n t a i na r e a k e yw o r d s ：c o n t i n u o u s r i g i df r a m eb r i d g e ，v i s u a lp r o g r m m n i n g ，h a n g i n gb a s k e t ，l i g h t ， c l o s u r e ，c o n t r o lo f e l e v a t i o n 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人慎重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下 进行研究工作所取得的成果。除文中已经引用的内容外，本论文 不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者：厣乡少亏 | 日期：尹一一l 年月，日 昆明避王大学硕士研究尘学位泛文 第一耄绪论 1 。1 连续剐梅薅的产生 ( 1 ) 1 9 世纪中期以前，各种桥梁均采用有支架的施工法。在钢筋混凝土粱式 蟒中，筠支梁、悬臂梁与连续梁是三张古老的粱式结构体系，零为人们所采用。 骚然有支架施工最为简单可靠，但这使桥梁的跨越能力受到很大限制，采用此法 修建的大多为中小跨径拱桥和简支梁桥。 1 9 世纪中期，随着钢铁工溉翩发展和设计水平的提高，美欧等国修建了一然 悬臂钢桁梁，给悬臂施工( 无支架施工) 方法提供了有力的依据。网时悬索桥的修建 使得竣典型、最完善的无支架施工得以广泛采鞠f l i j p ”。 2 0 【垃纪7 0 年代，预应力技术的成功，极大地改善和加强了混凝土绒构，随麓 预应力溜凝工艺酌完替，德萄工程师率先采嗣挂篮懋储浇筑溉凝土修建连续粱 桥，为无支架施工方法熟定了基础。在混凝土桥的施工中引入刚桥自架设体系的 施工方法，即将桥梁的上都结构分节段斌分层来支撑，逐步完成全轿魏施工， i 王 就是无支架而靠自身结构进行施工，人们称之为自架设体系施工法。它的广泛采 掰，使褥混凝桥梁( 魏t 鍪藤稳、大跨发钢筋游凝挟轿、预瘦力漉凝籀拉轿) 的修建以及桥梁的跨径都得到了较大的发展。 ( 2 ) t 垄躐构褥豹激梁固绣滟结稳形式虽然可以抵抗其惫褥旌工中蠡较大不 平衡弯矩，但是为了抵抗施工中的不平衡弯矩与运营时活载或其它附加力所产生 豁弯矩，其撬澈的抗弯嚣疲甭i 抗雍嚣爱酃穗当大。对于鬻铰酌t 鍪嚣l 稔，当预应 力、混凝士收缩徐变和灞度变化引起结构变位时，在墩粱固结处产生的推力和弯 矩将绞大。_ 逄矫，铰楚兹辑囊造成车辆波动，努力铰也荔臻坏。带挂粱瀚t 鍪溺 构虽然缓和了行车，但烧伸缩缝的增多、牛腿构造的复杂和易损害，以及施工上 浚备熬蹬多( 昂装挂梁豹装备) 又无法避免。近年来，骞逮公路豹邋逮发溪器求芎亍车 平顺舒适，上述的t 型刚构已不能很好地满足臻求，使得连续梁桥得到了迅猛发 嶷。 尽管连续梁桥有利于行车舒适，但是连续粱桥在悬臂施工时要求墩架临时网 绥，合拢压墩梁骚缝处改设支盛转抉体系残为连续粱，霭要体蓉转换，嗣时嚣瑟 大吨位的盐式支座，赞用高，养护工作最大。司见连续梁仍然不足十分理想的桥 溅。 随着建筑材料性能、施工水平( 尤其怒自架设体系的产生) 以及设计计算手段的 ? 第1页 凝朝瑾工大学硕士研究垒学位论文 挺高，搜修建大跨度霰应力漫袋连续剐褪辑减蔻可戆，圈时瘦褰速交遵载发爨 和需要，由于大跨度预应力混溅土连续刚构桥具有独特的优越性，因此正日益广 泛遗被耋视霸应瘸。 1 1 2 连续刚构桥的优点 采壤双薄壁蠢墩的遽续刚梅褥( 薄撰赢墩终震性使掇其其蠢连续粱豹受力特 点) ，同时继承了t 型刚构和连续梁的优点，其特点是梁体连续、墩粱圃结和双薄 蹙桥墩。其粱体连续、墩粱固结的结构形式既保持了遣续梁无伸缩缝、行车乎顺 的优点，又保持了t 型刚构不设支座、不需体系转换，方便施工的优点。墩身将 较大的抗弯刚度和较小的抗推剐度结为一体，利用薄壁态墩大的抗弯网0 度保持娇 掰的平整，利用箕小的豹抗推鞫8 度来适应桥梁的水平变位，并殿由于驳墩的“消 峰”作用可以减少墩顶负弯矩峰值，从丽有效地改善了结构的受力状况，更适会 建造大跨度的桥梁。另夕 ，双薄蹙墩的粱性对拼梁承受温度变形、减小桥墩及旗 础工程的材料用爨、肖0 减墩顶负弯矩及增加施工稳定性都有一定的益处。 连续剐构桥溪求主墩有一定柔度雨形成摆韵支承钵系，困戴在大跨、高墩缩 构中采用。墩梁网结有利于悬臂施工，同时也免除更换支座，在结构上常采用变 截面主粱；受力方面，上部结鞠仍为连续粱特点，值宓须计入踟于耩墩受力及漉 凝土收缩、徐变、温度变化引起的弹塑性变形对上部结构内力的影响，桥墩虽肖 一定的黎度，搿受夸矩露掰减少，但在墩粱结合处仍有溺架受力往质| 2 j 。 跨径在2 0 0 m 3 0 0 m 范围内，连续粱桥在跨越能力方面( 目前国内外跨径超过 2 0 0 m 懿连续粱寥寥无凡) 、揆撩奁麓工篱翁方西戳及麓控耩_ 饔悬索桥在经济指标方 丽都明显不如连续刚构桥。因此，尽管其起步较晚，近年来( 尤其是近十年) 却得到 了较映载发震，在主跨2 0 0 m 3 0 0 m 范强内死乎被连续潮穗鬃蘩甄。蜀黻说，迄 续刚构桥的出现，不仅丰富了桥梁家族的成员，也是科技进步的体现i l 】。 1 3 连续剐棱疆豹历史秘褒凝 总体柬讲，涟续刚构桥在整个桥梁家族中可以说是年轻的成员。 “ 国辩修建大跨连续剿橡棰戆雳变鞠对穗晕一些。t 9 8 2 年，美謦麴修辫数 f h o u s t o n ) 运河桥跨径为1 1 4 + 2 2 8 6 + 1 1 4 m ，主梁为双室箱型断面，刚性桥墩，算跨 经较大辩阕较旱戆一痊。1 9 8 5 冬，澳大剥耍建成戆门遂辑( g a t e w a y ) ，跨经为 1 4 5 + 2 6 0 + 1 4 5m ，采用了双薄壁鬃性墩、单室箱型主梁和5 0 4 高强混凝土，该桥保 持邀爨篱一达1 2 霉之久，是一鹰里程碜式豹建筑。扶毖，连续剩秘掭- 缮到了蓬 勃发展，如澳大利征的m o o n e y 桥( 1 3 0 + 2 2 0 + 1 3 0 州) 、英国o r w e l i 桥、挪威r a f t s u n d e t 揆( 8 6 + 2 0 2 + 2 9 8 + 1 2 5m ) 以及现在跨径居 鼗器首位蛇挪威s t o l m a 攒主跨3 0 2 辨) ，褥 涟续刚构桥的发展推向高潮。 在国内，1 9 8 8 年建成了我国第一座预应力漏凝土逢续剥 萄榜广东洛溪丈 第 2页 瑟疆理工大学硕士磅究生学位论文 桥，主桥4 跨棚逢( 6 5 + 1 2 5 - 1 8 0 + 1 1 0 m ) ，全| 吏4 8 0 m ，主跨长1 8 0 m t 主粱为单警 箱型，高3 。0 - - 1 0 0 m 。桥墩为双敝薄壁索性墩，濑高2 9 m 。该桥的设计、施工技 术水平均已跨入越界先进行列。进入九十年代，我国相继修建了几座大跨径的避 缓剐构桥，奶1 9 9 5 年建成毒勺黄石长江大轿( 1 6 2 5 + 3 2 4 5 + 1 6 2 5m ，连续长度屠髓 界首位) ，1 9 9 7 年建成的虎门大桥辅航道桥( 1 5 0 + 2 7 0 + 1 5 0 m ，9 7 年位居世界首位) ， 最近蓬袋翡云南籀元江大轿( 5 8 + 1 8 2 + 2 6 5 + t 9 4 + 7 0 m ) ，不瞬逾把逡续丽孛窀桥接囊新 的高度。据不完全统计，短短几年内我国修建的主跨超过1 2 0 m 的连续刚构桥有 3 0 多窿，丽最近修建熬逡续戳梅褥主跨酃超过了2 0 0 m 。 中国已建戏在建的跨度超过2 0 0 m 的连续剐构桥一览表 逮瑾行车 序号桥名竣工年 用途跨径( m )桥宽( m ) 位置道数 f ， 痰门臻广衷 1 9 9 7公路1 5 0 十2 7 0 + 1 5 01 5 x 26 航道桥东莞 元茳云毫5 8 + 1 8 2 + 2 6 5 | 9 4 + 22 0 0 2公路 2 9 _ 54 大桥省 7 0 下鑫石疆建 3i e 建公路1 4 5 + 2 2 6 0 + 1 4 51 2 2 4 大桥宁德 瓣黢江马鞍 4公路1 4 6 + 3 2 5 0 + 1 4 6 1 i 5 24 大桥佃 藏陵江 重庆1 3 7 1 6 + 3 2 5 0 + 5黄花园1 9 9 9城市1 5 26 巾1 3 7 。1 6 大援 黄石长湖北1 6 2 5 + 3 2 4 5 + 61 9 9 5公路2 04 = 大壤省1 6 2 。5 江津长匿庆 71 9 9 7公路1 4 0 + 2 4 0 + 1 4 0 2 2 4 江大挢 国 掰陵江 霞庆 8搿家花1 9 9 9城市1 4 0 + 2 4 0 + 1 4 0 1 5 。3 6 x 26 n j 圈大桥 泸测长嫂川 9在建公爨1 4 0 + 2 4 船5 5 2 5 江二桥省 篇 3页 照爨璎王大学颡残突生学位论文 重庆龙 鬟庚 公路1 4 0 + 2 4 0 + 1 4 01 1 5 24 1 0溪河丈 囊 桥 棱翔钱 激汪 1 1塘江下在建公路1 2 7 + 3 2 3 2 + 1 2 73 36 磐 涉大桥 南澳跨广东 21 9 9 8公鼹1 2 2 牛1 2 ：! l + 1 2 21 7 1毒 海大耨露澳 北碚东 3疆褰羧耋痰霞建公漆1 3 s + 2 2 0 + 1 3 52 7 5 4 江大轿 漭囊焚 由束6 5 + 1 6 0 + 2 1 0 + 1 6 0 + 1 4河第二1 9 9 9公路3 5 56 大楱 省6 5 4 金厂蛉 云南 5瀛沧江2 0 0 2蛰黪 3 0 2 0 0 + 8 52 2 。5莲 大桥 餐 嫠器 0 大连续鬻瓣臻粱 序弩桥袈主蹿( 张)麟在黧蒙建妓年限 | ，s t o l m a 掇3 0 2 摆藏 i 9 9 8 l 2r a f l s u n d e r 攒2 9 8捺藏l 谬g 3a s u n c i o n 桥2 7 0融拉圭1 9 9 7 4虎门大舔裁藏遒梅2 7 0中国1 9 9 7 s g a t e w a y 橙 2 6 澳大裁妥 1 9 8 5 | 6v a r o d d 2 桥2 6 0 挪威1 9 9 4 7s e h o t t w i e n 桥2 5 0 爨逸翔 】9 8 9 i 8d o u t o r 撂2 5 麓毽努1 9 9 l 9 s k y e 挢 2 5 0英国1 9 9 5 l 1 0 嚣庆黄蕊霆嚣陵浅失舔 2 5 0 串罄 1 9 9 9 第4夏 隧明理工大学硕士研究生学位论文 1 。4 连续剐稳疆的发袋趋骜”7 1 目前，世界最大跨饪的连续刚构桥为1 9 9 9 年建成的挪威s t o l m a 桥( 主跨 3 0 2 m ) 。我霍穆建大跨连续礤掏携瓣热溅正在进孝予之中，仅在云露省最邋建盛懿大 跨度连续刚构桥就有2 鹰( 正在施工或设计i 的有多座) ，其它如奉节长江大桥f 主跨 2 8 0 m ) 、伶仃洋邋遂横门象兢道掭( 主跨3 1 9 m ) 等- l 燕“芷在酝楚之中。可见连续联构褥 在2 0 0 m 3 0 0 m ( 蜞至3 0 0 m 以上) 的跨度时具有极强的竞争力。 当然，连续嚣i 襁挢在发震中也要注意处理如下趣题： ( 1 ) 减小桥墩的抗推刚度。桥墩的刚度小，温度内力就小。如果墩身抗推刚废 太大，可以考虑设诗成黍性桩基以减小摭雄刚度。 ( 2 ) 涟续刚构的总长不宜过大。总长过大，其温度内力就会很大。如果桥梁全 长很长，可以采用连续刚梅和连续梁相结合的结构体系，如东盟黄河大撬( 7 5 + 7 1 2 0 + 7 5 m ) ，中间4 个墩采用墩粱围结，冀余4 个墩上设滑动支庶，这样可以减小 濑度内力”j 。 ( 3 ) 敝薄壁墩防止船只碰撞。由于双薄壁域蹙柔性的，因此必须防攒。 ( 4 ) 对较大跨径的桥梁，要进行严格的施工媳控，确保施工安全和成桥质量。 1 2 连续刚构桥悬臂浇筑施工工艺 连续阐构轿采用的主要施工方法为怒臂浇筑法，悬蔼浇筑法是在墩顶两铡对 称、逐段懋臂现场浇筑混凝土，待混凝土达到定强度威张拉预应力索( 筋) ，然 焉移动搔篮至下一节段，重复揉作，继续悬臂施工。愚鬻浇筑法在特大轿梁中应 用尤为普遍，已成为修建大中跨强挢梁的一种有效的施工手段。 预应力混羧主连续澍褐轿采掰悬餐浇筑法藏工时，大多蔽撩篮为主蔡的施工 设备，故悬臂灌波法又称挂篮法。该方法仅用几个挂篮即可完成梁段施正，每墩 有两个工作蟊平行 乍监，置且个激霹目辩施工，餐l 予缩短工麓。粱段施工在毽簇 上完成，保证了施工的遣续性和施工质爨。由于节段施工是重复作业，所需人员 少，麓较浚熬练攀握蓬王技术、提裔工效。 悬臂浇筑施工工艺的关键在于挂篮的设计，挂篮设计的好坏直接影响到施工 邀痉，它楚特大褥粱燕王熬一顼关键援术溷题。我藿麸年代开始镬爱这耱按零 以来，也融取得了巨大的成就。 。2 。 撞簸综述8 “4 ” 挂篮是个能沿梁顶滑动滚动的承戆构架，其锚固悬挂在施工的前端段上， 在挂篮上可进行下一粱段的模援、镪笈、颈应力管遴静蜜设，混凝灌筑窝疆纛 力张拉，灌浆等作业。完成一个梁段的德环后，挂篮即可前移并固定，进行下一 粱段的悬灌，如此缓巧煮至悬灌宠成。 第 5页 酝明理工大学硕士研究童学位论文 挂篮的构造一般毒以下几秘形式： i ) 平行桁架式挂篮 平行梅架式接篮的上部结构一般为一等高戆粱，其受力特点是：底摸平台及 侧模支架所承受的衙重均由前后帑杆垂直传至桁架节点和箱梁底板上，又称吊篮。 桅架在其艏端用臌重或锚圊来解决倾覆稳定问题，桁架本囊为受弯结构。 2 ) 弓弦式挂簸 弓弦桁架式接篮的主桁外形似弓形，可认为是从平行将架式挂篮演变而来， 其特点在于：桁离随弯矩大小变化，受力合理。同时，安装对可在结构内部预施 应力以消除非弹性变形，也可取消平衡重，故一般重量较轻。 3 ) 平弦无平衡重挂黧 平弦凭平衡黛挂篮是在平行桁架式挫篮的基础上，取消压堂，在主桁架上部 蹭设前后上横桁，根据需簧可潜主桁缀两滑移，并在主稀横移时吊住底模平台及 侧模架。由于挂篮底部荷重作用在主桁架上的力臂减小，大大减小了倾粳力矩， 敬不需乎锯压重，其主稔螽壤委邋避粱俸釜向预癍力荔镪雷在主槊顼粳上。 4 ) 菱形挂篮 菱形疆簦可诀为是在乎乎亍鞯絮式整筵豁基稚上篱纯褥柬，其上都结秘为菱形， 前部伸出两伸臂小梁，作为挂篮底模平台和侧摸前移的滑道，菱形结构厨端锚圈 子禧粱读缀上，纛平鬣嚣震，瑟虽结麴麓萃，故大大减轻了鑫身静蔫。 5 ) 三角型组合梁挂篮 三受鍪篷会梁挂篮是在平行将蔡式撩篷懿鏊莓鑫上，将受弯椽絮致兔三建形缎 合粱结构。由于熟斜拉杆的拉力作用，大大降低了主梁的弯矩，从而使主梁能采 嗣单穆俘实体型镄，壶予缝篮上都缭擒轻霾，涂尾熟镰隧乡 ，还霭较大逶重。冀 底模平台及侧模支架等的承重传力与平行桁架式摅篮基本相同。 & 渗动魁控式挂篮 滑动斜拉式接篮在力学体系方面有较大的突破，其上部采用斜拉式体系代替 粱或携架式结均戆受力，嚣由此g l 起的水乎分力，通过上下鼹撼装罨承受，主粱 的纵向倾鞭稳定豳后端锚固压力维持。底模平台厢端仍吊挂或锚固于箱梁底板之 上。 7 ) 自承式挂簸 自承式挂篮分为两祧，一种怒模板支承在整体桁架上，椽絮用销子粒颈应力 筋挂在已成箱粱的前端角上，灌淀混凝土时主梁和走行桁架移至一边，蒎篮前行 时再安装上，吊赘空载的模板系统前移。另一种怒将侧横制成能承受巨大压力蛇 剐性模扳。通过粱上的水平及竖赢预应力筋拉住摸板来承担混凝士重，走行方法 与前者相同，由临时吊车悬吊着模板系统前移到下一梁段。这种方法对跨度不很 篇 6页 昆明理王大学礤研究生学盛论文 大的等离箱梁较为适宜。 2 。2 爨譬浇筑挂篮藤_ i 工艺袋望 随着桥梁大跨度方向化及桥型设计的多样化，如双向预皮力、三向预应力技 术游应箱，悬瓣麓工节瑷越来越长，对挂夔承渡麓力撬窭了瑟嵩貔要求。熟缓近 建成的云南省大保线金厂岭澜沧江大桥最大块件重量达到3 1 4 t ( 超过湖北黄石大桥 4 9 t 之多 2 飞，遮就对接蓬豹承载l 力及挂夔零身室重撵塞较鬻黪要求。瑟设诗瓣 挂篮要满足承裁力要求，同时骚严格控制自身藿量，以免加重悬臂施工的荷煎。 虿f 以颈见，蘧蕊连续嚣l 秘辑不錾囱大簿凄方惫魏发展，今嚣接篷凌两繁载轻黧 乏 发展，即用尽擞轻盈的挂篮结孝勾承载较大重量的混疑土块件。 1 3 施工控稠结构分辑方法簖介 特大跨经援粱的施工工艺复杂繁琐，影响因素多，技术要求衰，旋工中经拳 会遇到某些意料之外的问题。为了确保大桥施工的安全和顺利，保证成桥线型和内 力满足殴计要求，必须对特大攒粱的憨工进行严接监控，及时处理各秘误差。 大跨桥梁施工控制结构分析方法熄指理论模型的建立及篡计算方法，它瓴括 结构在各个阶段内力积挠度的计算、各施工阶段控制参数的计箕等。结构计算是 桥梁监控的理论依据，目前主娶有：磁算法、倒拆法、无应力状态法。 正算法 正算法又称正装计算法，它是俊照桥梁结构实际施工加载顺序来进行结构变 形和受力分析的计算方法，也是应用较多的计算方法。正算法采用与施工相同的 顺序，依次计繇各施工阶段架设时结构的施工内力和位移。然后根据定的计算 原则，选择相应的计算参数作为未知变量，通过求解方程而获得相应的控制参数。 只要计算参数逡择得当，结构绞正算法所控制参娄f 和顺序施工完毕时，理论上酶 恒载内力和主梁线型应与预定的理想状态基本吻合。 街拆法 倒拆法又称倒装计算法，它是按照桥梁结构实际施工加载顺序的逆过程采进 行结梅行为分辨的诗葵方法。它由成轿状态( 瑟瑾怒豹豫载状态) 窭发，缓照与实际 施工步骤相反的顺序，进行逐步倒退计算而获得各施工阶段的控制参数。结构据 此按正装蔟序施工竞孥露，理论上其稳凌内力秘线鍪便哥达到预定熬毽想状态。 倒拆法是斜拉桥施工计算中广滋采用的一种方法。 、 无应力状态渡 无应力状态法也称零弯矩应力法，它是运用构件躐单元的无应力长度和曲率 保持不变翁象溅寒送行结橡状态分辑黪。辑粢结棱无威力状态只是一个数学瑟檬， 通过它将桥梁结构安黻的中间状态和终结状态之间联系起来，为分析桥梁结构各 第 7页 昆明理工大学硕士研究生学位论文 种受力状态提供了一种有效的方法。无应力状态法较多应用在悬索桥上。 1 4 研究课题的提出和本文主要的工作 1 4 1 连续刚构桥发展现状及本文研究课题的提出 综上所述，近年来，连续刚构桥梁的建设蓬勃发展，尤其是近二十年来，更 是将其发展推向高潮。随着连续刚构桥实践资料的积累、理论研究的不断深入， 连续刚构桥无论在设计理论、施工工艺还是在工程监控方面总体上都逐渐趋于完 善，然而其中一些局部问题还有待于进一步认识和深入讨论。例如：悬臂浇筑施 工中挂篮的重载轻型问题，连续刚构桥上部结构设计中取消弯索的纵向预应力配 索问题，桥梁上部构造的轻型化，桩土作用对上部结构受力分析的影响，连续刚 构的合拢，施工监控中的标高控制等存在较大的讨论和发展空间。另外，结构分 析人员对现有的有限元结构分析程序了解不够，软件对广大施工人员显得深奥而 抽象，难于理解、掌握和运用。只有真正理解了程序的编制原理、功能及适用范 围，完全掌握了有限元程序的内涵，才能灵活运用去分析设计者所需解决的问题。 基于以上原因和现状，有必要对连续刚构桥的关键技术和重要工序进行深入 的研究和讨论。本文在这些方面作了一定的工作，力求理论联系实际，解决客观 存在的问题。 1 4 2 本文研究的主要内容 本文针对云南省大保线金厂岭澜沧江大桥( 1 3 0 + 2 0 0 + 8 5m 三跨不对称预应力 混凝土连续刚构) 的挂篮施工和施工监控，就连续刚构桥在设计、施工及监控中存 在的一些问题，结合本人认识深刻的如下几方面问题进行了研究。 ( 1 ) 对大跨度桥梁悬臂浇筑施工的各种形式挂篮施工工艺进行了比较和总结， 对连续刚构桥悬臂浇筑挂篮施工中重载轻型的发展趋势进行了展望，提出了一种用 于解决重载轻型悬臂浇筑施工的新型桁架斜拉式组合挂篮，并进行了可行性计算分 析和设计比较。 ( 2 ) 对大跨径连续刚构桥中多采用的群桩基础的简化模拟做了介绍。 ( 3 ) 对连续刚构桥合拢的重要性、施工工序及配重问题进行了阐述，合拢问题 在连续刚构桥的设计、施工中关系重大，有必要进行深入的研究和分析。 ( 4 ) 对连续刚构桥上部结构设计中取消腹板弯起索、下弯索和连续束问题进行 了探讨，从力学角度进行了分析研究，并提出了改进腹板钢筋配置的设想。 f 5 ) 对连续刚构桥上部构造的轻型化问题进行讨论和展望，并结合云南省大保 线金厂岭澜沧江大桥，对连续刚构桥上部结构构思设计中整桥和分离式独立桥方 案比选的重要性做了分析。 ( 6 ) 讨论了连续刚构桥施工监控的方法，对标高控制原理和参数修正作了较为 第 8页 一 垦塑! ! 三盔堂堡主! 盟窒笙堂焦迨塞 洋尽的分析。 ( 7 ) 编制了大跨度桥梁结构施工分析软件，从力学和有限单元法原理对桥梁结 构计算图式的建立和结构离散化原理做了较为详尽的剖析，对程序的编制原理、功 能以及适用范围做了详细的说明和讨论，提出t - - 自己的认识和观点。并用实例 对程序的可靠性进行了验证。程序友好的用户界面设计，易于为技术人员使用，可 供设计、施工及监控等技术人员参考。 第9页 爨弱理工大学硬士硬究生学位论文 第二耄橇粱结构分橇有限元法及可视 乏软件开发 2 1 前嘉 有限元法是伴随着计算机技术进步而发展起来的一种数值分析方法，广泛威 用予分析各粪复杂科学与工程蠲遂。由予它采霜矩阵形式表达嫠本公式，能灵洛 地处理和求解各种复杂问题，便于应用于计算机编程运算等优点，有限元法显示 了萁强大静生命力。嚣裁，吝释骞辍元软 孛广泛藏蘑予秘擎磺究稻工程寂矮领域。 但许多大型通用软件涉及领域广泛，在具体问题的操作中难于满足工程设计人员 各方嚣懿要求；一些有辍元痘鼷软 孛程窿瘫大，不瘸予蛰逶按零久虽静攀搓移键 用。为此，结合工程实际编制易学、易用的可视化专用有限元软件能极大的提高 工俸效率。本文开发煞蓥予v i s u a lb a s i c 语言蠡冬大跨辑粱结梅蘧工分季厅系统 ( b s c a s ) ，采用桥梁结构施工控制中普遍采用的正装法( 前进分析法) 和倒装法( 倒 褥势毒蠡法) 实魂了程穿懿结穆纯分糖农憨工模搭。v b 友好戆焉户器嚣，使设诗邋 程生动崴观，具有有限元结构分析初步知识的工程技术人员在界面的引撂下，可 以汤逶无疆遗进行应磊设计。 2 。2 桥梁结构有限元法概述 有限元法是将连续体分成有限个单元，单元问相互肖结点连接的理想结点系 绫。分孝霆时，先送行单元分毒厅，髑续煮袋穆表示单元蠹力，然惹将擎元褥会戏结 构，进行整体分析，建立整体平衡关系，由此求出结点位移。 商浆元求鼹疆序匏蠹部过程熟萤2 2 。l 瘊示： 2 , 2 1 桥粱结构裔限元分析一般步骤 采羯有限元法进嚣疆粱憝王燕裁孛懿缝稳分撰诗冀，蓄先鬻建立数攮文终。 数据文件准备一般分为四步： ( 1 ) 褥粱缝橡蛉搂溅伲。耩粱结棱懿模型纯羧是凌裳际缝梅壤想纯为有限个 单元的集合。根据结构的受力特性与工作行为选择恰当的单元形式来模拟实际结 构以及选择正确粒约束模拟形式，选择正确戆终窳模拟形式戈为霪要。裁缝鞫努 析模型来看，与般的己成桥梁分析不同的是施工控制中的结构分析模型一般是 隧黄施王的不躜雄进两不叛变诧敬，这是出于挢粱在形成过程中瓣结构馋系是农 不断变化的。实际工作中，通常可考虑建立一个统的模型，而对某个施工状态 瓣结构模拟则可通过某黧单元的是否激矮来实现。 计算模型中单元的选择应以能准确描述施工过程中结构受力与变形状态为 凇e 对于桥梁结孝句恧言，最主要黪是结构纵向敬受力分橱计算，甄将级淘努叛模 第l o页 昆明理工大! 学硕士研究生学位论文 型近似地处理成杆件系统，往往是一利，可取的简化模型。一个模型可以是由一种 单元组成，也可是由几种单元组成，对一些特殊的施工工艺需要采用特殊的单元 输出结点位移 i l l 计算输出单元的应力 图2 2 1 有限元程序流程图 来描述。如连续刚构桥的墩梁固结处，则假定墩顶零号块是一个具有无限大刚度 的刚性杆件，应用程序的刚臂单元来处理。 ( 2 ) 桥梁结构的离散化。桥梁结构的离散化就是在模型化处理后，将结构离 散为带有有限个自由度的结构，这些单元在结点上相互联结，构成一个与真实结 构等价的计算模型，即将真实的复杂空间结构模拟为平面的杆件系统。单元大小 与结点位置确定应充分考虑结构受力情况与施工单元的划分。 结构离散化必须遵循以下原则【5 】：1 ) 计算模型应尽量符合实际结构的构造 特点和受力特点，以保证计算分析结果的真实性：2 ) 保证体系的几何不变性， 特别是在复杂的体系转换过程中更应注意，同时要避免与实际结构受力不符的多 余联结：3 ) 在合理模拟的前提下，应尽量减少结点数目，减少未知量数目，以 缩小计算规模，节省时间和计算机空间；4 ) 本构关系的确定应尽量反映材料的 性质。 杆件单元的划分，应根据结构的构造特点、实际问题的需要以及计算精度 第1 1页 圃 昆明理工大学硕士职究生学位论文 的要求来决定，用来划分单元的绐点应包括构件的转折点、交接点、截面变化点。 出予聿干俘结稳有羧元程穿泌诗算结果是叛结点位移及内力形式输出静，馥在进雩亍 结点划分时，应根据设计需要验算的截面以及求影日向线的作用点的要求，来确定 所需蹭熬酌中凌络点。 f 3 1 拔所用软件的输入要求形成数据文件 f 4 ，硷壹校歪数提交舞。诗雾模型最终薅瑗为数据文 孛，数攥文 孛正确方麓 傈证计算模型的正确，乃至才能保证计算结果的正确性。 其次，运号子分毒厅软传。黯予捺粱施工整到中戆缕孛毒分撰，窿予诗舅模型骧 潜施工过程的改变，同时疆求分析跟踪进行，应采用具有施工控制跟踪、仿真分 掰功链兹软搏。 最后，对分析结果进行分析和处理。 2 , 2 2 掇粱绩稳几褥l 线t 瞪甍限嚣分凝豹繁元澍度矩阵 在结构发生大位移时，单元的外力和位移之间的线性关系不褥适用。可以将 麓载分成凡步逐澎慈热，扶蠢把一棼线瞧麓题零一系熨线性步骤寒处理，求出每 一荷载增驻引起的位移增孱，即增量法。 在每一步中剐度短障可鞋分为嚣部分，一部分是在每一步按巍辩夔忍侮构造 计算的标准的弹性刚度愆阵瞳f j ，另一部分是几何刚度矩阵【如 。几何刚度矩 黪不但与尼凭形状鸯关，嚣且与夔在开始诗算熬这步开始簿摹元瓣肉力鸯关，旁 时也称为初应力刚度矩阵。 粱单元同时考虑辘囱变形亵蛮塑，其甥线廷l 度矩降l 童；l 由秀鼹分缝成，馨； k ， _ k 。 + 阮】。关于弹性刚度矩阵暖。】、几何刚度矩阵阮 的推导，很多文 献中都有菲霉详尽麴过程，这里苓霉重复。 弹性刚度矩阵为： 几何刚度矩阵为 k r = _ e 第 1 2页 一 。酊一，豁。酣一， o掰一p“一；o甜甜；。一p“；。一严甜； 0 o 0 爿鸯 0。甜一，钳。甜，” 。型了。堕孑丁 蠢0 o o o 昆鹤理工大学硕士辑究生学位论文 蚓= 去 oo o3 6 o3 ， oo o一3 6 03 i oooo 3 10 3 63 ， 4 1 20 3 l 1 2 o0o舀 一3 ， o 3 63 ， 一f 20 3 t4 1 2 式中：p 为粱单元的轴向力( 拉为正，压为负) ，a 为梁单元的截丽面积，为梁 攀元靛截嚣喉性麓，耍为粱萃元枣才辩静撵淫溪嚣。 2 3v i s u a tb a s i c 软 牛简奔及b s c a s 系统实现 2 3 ，1v i s u a lb a s i c 软件简介 v i s u a lb a s i c 蹩m i c r o s o f t 公裁在b a s i c 语言懿藿磴主器发豹w i n d o w s 瘦弱程 序开发工具，自1 9 9 1 年正式发布1 0 版以来，已发展到7 0 版【3 3 1 。v i s u a lb a s i c 楚一种瑟自对象鳃缡程语富，具有简蕈鬓怒、开发效率藏静特点，被试尧逶当裁 最为流行的“快速应用工舆”。v i s u a lb a s i c 程序的开发思想是面向对象进行编程， 对象是疆序中豹主角，疑是过程懿载薅，毪是被憝理静实体。一个w i n d o w s 应 用程序中的窗体和窗体上的控件都是对象，这些对象不需骤编写大量代码来描述 其羚瑟元豢鼹羚残帮位要，两只要在没诗疆痔黠撼v b 臻建建立瓣瓣对象缒敖弱 窗体中即可，并且这些对魏具有属性、方法、事件，开发者所要做的是为对象编 譬枣俘驱璐代码。用v b 避行程露设计时，久援交互赛嚣瓣设计鬻方整，荛毽 括：( 1 ) 窗口本身及里面所有自制项的设计；( 2 ) 设蕊每个对象的属性：( 3 ) 为某些 对系编写耀关的程彦玛；p ) 对予试运行遴蓬兹软传在w i n d o w s 黪壤下运缮。 在有限元结构分析中，是以结点位移为基本未期量的，在杆件结构中又称为 矩阵位移法。用这黏位移鸯5 畏元法分板结槐时，鼹黉输入戆嚣i 始数槎如控露l 售患、 结构几何性质、材料弹性常数、支撑约束条件等，涉及到的数据类型多、数据量 大、算法复杂，影嗨求鳃结果准确蛙螅因素较多。应鼹v b 开发可默健数攘竣入 简便，操作方便，用户界面友好，并能及时反馈和纠正数据输入中出现的错误， 能缦好地满足设计诗算要求。 2 3 2 程序开发思路 有限元软件，一般包掇前处理、分析计算与愿处理三大模块。基于v b 开发 的厢户界掰友好的有限元软件的基本思想鼹 6 0 l ：v b 用于人机交互界面设计和数 值计算、a u t o c a d 软件包用于前后处理的图形显示。开发前处理模块，主要包 括：用v b 设计数据输入弊面，并采用模块纯程序设计方法，开发输入数据的有 效性和准确性检查模块、有限元网格自动生成模块；用a u t o c a d 软件包实现生 第1 3页 昆骥理工大学硕磺究生学位论文 成有限元网格的图形显示。在后处理中，用v b 设计有限元计算结果显示界面； 蠲a u t o c a d 软鞘：包实现有限元部分计算缭采翁图形显示；将重要有限元计算结 果存入数据库，实现后处理模块中备子模块的集成。并用v b 对上述各模块进行 集斌。 b s c a s 系统在编制过程中，采用现今流行的丽向对象的程序设计思想，引 入对象、满缝、方法帮事释等穰念，将其分为凡个部分：为系统控箭部分，为 m d i 主控窗口：二为系统的输入、输出模块：三为结构计算分析专用程序，接 收戮数据蓐，在后台运行计算程| | 挚：西为稳序蓠菇疑理模块。遵循以上程窿设诗 思想，b s c a s 系统的编制中，主要实现了桥梁结构的分析及施工模拟分析部分， 蔫处理中实现了久撬交互赛瑟纯设计、数攥模块羧套、结季奄鎏形生成稻螽缝疆中 的结果数据文件显示及简单的结果图形显示。限于时间，厝处理的结果图形显示 功缒仍嚣邈一步豹强纯，邃遣是今器嚣要突善煞蟪方。 2 3 3 程序可视化实现 为了锭设计诗舞遭毽充势胃毒凳纯，软磐赛瑟中痤耀标签( l a b e l ) 帮文本框 ( t e x t b o x ) 控件来输人参数与显示计算过程中的数据和计算结果，成用组合框 f c o m b o b o x ) 强单逡摇( o p t i o n b u t t o n ) 控箨进行参数与类登选撵，荠塞采蔫 a u t o c a d 软件包实现有限元部分计算结果的图形驻示。所有控件均按不同设计 图2 3 1b s c a s 系统封面设计 功熊用框架( f r a m e ) 分类布鼹，使操作界面简洁明了。 w i n d o w s 应用程序的熬本载体是窗口，在窗臼中做到了数量上的控制，主窗 口能完成参数插入、缺省值选择、计算并显示结果铸大部分设计工作，减小了愿 第 1 4 页 昆明理工大学硕士磺究生学位论文 户的操作难度。而次数窗口则可以进行一些主窗口无法进行或无需在主窗阴中进 行豹设计搽作与数据处理，如图2 3 。2 示，使应用裰亭窗日主