高墩大跨预应力混凝土连续梁桥合拢方案对比与线形监控研究

作     者：何斌 

作者单位：中南林业科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘剑

授予年度：2019年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：连续梁桥 高墩大跨 合拢方案 线形监控 有限元 

摘      要：连续梁桥有着结构刚度大、受力性好、变形小、伸缩缝少、行车平滑柔顺等优点。随着悬臂浇筑施工法、安全张拉方法和预应力锚具的出现与发明,预应力混凝土连续梁桥取得了极大的发展,成为一种世界范围内都非常成功的桥型。在我国,预应力混凝土连续梁桥被大量修建,随着桥梁建设向中西部发展,能跨越大山、大河、深沟与峡谷等特殊地貌的高墩大跨预应力混凝土连续梁桥也越来越多的被修建。普通连续梁桥主梁的内力、应力和位移将随着桥梁悬臂段的伸长以及体系转换的进行而不断变化。高墩大跨预应力混凝土连续梁桥因其高墩、大跨的特殊性,内力、应力和位移的变化将会比普通连续梁桥更复杂。在高墩大跨预应力混凝土连续梁桥的实际施工中,会有因受到各种未知因素影响,而致使大桥发生变更合拢方案的情况,不同的合拢方案会有不同的受力情况和位移情况,因此对高墩大跨预应力混凝土连续梁桥的常用合拢方案进行分析研究,具有十分重要的现实意义。线形监控是桥梁施工监控过程中的一个重要组成部分,线形监控质量的好坏直接影响到成桥阶段桥梁的质量。高墩大跨预应力混凝土连续梁桥不同于普通连续梁桥,该类型桥梁修建难度大,对桥梁线形监控的要求更高,找出一种合适高墩大跨预应力混凝土连续梁桥的线形监控方法,并依托实际工程加以验证具有十分重要的现实意义。本文主要研究工作如下:（1）简述合拢方案选取应考虑的因素,介绍了高墩大跨预应力混凝土连续梁桥常用的四种合拢方案,定性的分析四种合拢方案各自的优点与缺点,并从理论分析上得出其中的最优合拢方案。（2）依托铁炉堡特大桥,利用有限元软件Midas/Civil建立四种合拢方案仿真模型。通过数值模拟,对该四种合拢方案的内力、应力与位移进行对比分析。对内力进行对比分析后,得出进行内力控制时应着重控制恒载和预应力等结论。对应力进行对比分析后,得出不同合拢方案对主梁上翼缘应力影响不明显,不同合拢方案对主梁下翼缘应力有些许影响等结论。连续梁桥进行线形控制时,控制时间长、控制节点多、控制难度大、技术要求高,所以在数值模拟分析时将线形控制容易的合拢方案视为最优合拢方案。对预拱度进行对比分析时,为消除预拱度对比的盲目性,引入合拢方案位移控制参数E（E越大该合拢方案的线形控制越容易）,边跨:E1=4.16,E2 =0.13,E3.=1.70,E4.=1.68;中跨:E1=1.42,E2=0.17,E3=0.36,E4=0.6。边跨中E3与E4相差不大,且合拢方案三要加配重施工较为繁琐,所以合拢方案一线形监控最易,其次为合拢方案四,即方案一为铁炉堡大桥最优合拢方案,方案四为铁炉堡大桥次优合拢方案。（3）简要介绍了卡尔曼滤波法、灰色系统理论法、人工神经网络法、最小二乘法,从定义、预测精度与建立模型所需条件等方面对比分析了该四种线形监控方法的优点与缺点,得出灰色系统理论法是较合适高墩大跨预应力混凝土连续梁桥的线形监控方法。（4）详细介绍了灰色系统理论法的理论思想及其三种GM（1.1）模型。依托铁炉堡大桥线形监控项目,建立新陈代谢GM（1.1）模型、全数据GM（1.1）模型与部分数据GM（1.1）模型,对比分析了该三种GM（1.1）模型的拟合值与误差率,新陈代谢GM（1.1）模型的拟合值更接近于实测值,平均误差率仅为8.71%,为三种模型中最小。验证了灰色系统理论法是较合适于高墩大跨预应力混凝土连续梁桥的线形监控方法。灰色理论新陈代谢GM（1.1）模型是三种模型中的推荐模型。