大跨度预应力混凝土刚构桥施工控制技术研究
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摘要
随着我国公路和铁路高速交通事业的发展，急需修建更多的大跨度桥梁以
跨越大江、大河和海湾，预应力混凝土连续刚构桥应运而生，近年来得到较快
的发展。刚构桥能满足特大跨径桥梁的受力要求，除两端以外无其他伸缩缝，
有利于行车平顺舒适，具有结构整体性能好、抗震能力强、承载能力强、施工
快捷、桥体简洁明快、维护方便和便于悬臂施工等结构特点，因而在城乡已建
和在建的桥梁中占据了越来越大的比重。
预应力混凝土刚构桥采用经济合理的自架设体系施工方法-悬臂拼装或
悬臂现浇法。这种施工方法的采用，必然给桥梁结构带来较为复杂的内力和位
移变化，为了保证桥梁施工质量和桥梁施工安全，桥梁施工控制是必不可少的
环节和措施。本文主要结合蔡甸汉江公路大桥的施工监测监控项目，研究施工
预拱度控制的结构计算和误差调整方法。
论文第一部分简单回顾了预应力混凝土刚构桥的发展历程，对刚构桥设计、
施工方法等主要内容作了较为详尽叙述，并介绍了国内外在这一方面的研究动
态和主要研究成果。随后阐述了本论文研究的必要性和意义：
第一、分析施工过程中各种施工因素对结构内力和成桥线形的影响，为同
类型桥梁的施工监测监控积累经验。
第二、研究大跨度预应力混凝土刚构桥的施工监测监控方法，以完善大跨
度预应力刚构桥的施工监测监控技术。
论文在第二部分对研究所涉及的具体工程项目-蔡甸汉江公路大桥施工监
测监控方法作了简要的介绍。
本论文的其后部分主要是从工程实际出发，对预应力混凝土刚构桥施工过
程线形预拱度控制的结构计算分析和误差调整预测方面作了较为深入的研究，
对预应力混凝土刚构桥施工控制过程的影响因素作了全面的分析。
同时，在对预应力混凝土刚构桥施工过程线形预拱度控制的结构计算分析的基
础上，利用BP神经网络的预测理论和相应的程序及软件包MATLAB6.1对预
拱度控制中的误差调整进行了较好的预测处理，通过与实际施工数据及成桥后
测量结果作分析比较，得到结论：
运用本论文的计算模型和程序对预应力混凝土刚构桥预拱度控制过程进
武汉理工大学硕士学位论文
行结构分析和误差调整处理是可行。
With the rapid transit development of China's highway and railway,more long span bridges were needed to span great rivers and bays,PC continuous rigid frame bridge emerged as the times require and was developed fleetly in recent years. The PC rigid frame bridge can meet with the carrying capacity of long span bridge. This kind of structure is fit for the comfortable steer with no other expansion joints except for those at the two ends. It characterized the wholeness of structure,good astigmatic ability and load-bearing ability,construction rapidness,bright and pithiness bridge style,easy to maintain and convenient for segmental construction using the cantilever technique,so rigid frame bridge have taken an increasingly great proportion in bridges constructed and those under construction at city and county.
The rigid frame bridge adopts the economical and reasonable segmental construction technique (including cantilever installation and cantilever mold). This construction method results in the complex change of the internal forces and displacements in the bridge. The bridge construction control is essential measure and step to ensure the quality and safety in the procedure of the bridge construction. In this essay the technique of the structure calculation and error adjustment measures used in bridge construction prefigurative deviation control was researched based on the construction control and monitor project of Wuhan Caidian Han river bridge.
The first part of the paper gives a brief historical retrospect to the development of PC rigid frame bridges,and a detailed account of the information about their structure design and construction technique,and an introduction to the recent research at domestic and abroad,and an exposition of the necessity and significance of the study in this paper:
First,to analyze the influence of the factors come from the construction procedure on the bridge structure internal forces and line form,for the accumulation of experiences to guide" construction control in the same type of bridge.
Second,to search for reasonable bridge construction supervision and control means in order to consummate the construction monitor and control technique used
in big span PC rigid frame bridges.
The second part of the paper offers an account of the project concerned,that is,the construction control method of Wuhan Caidian Han river bridge.
After that,the paper makes a relatively profound study analysis of the structure calculation and error adjust forecast technique used in PC rigid frame bridges construction monitor and control,and comprehensive analyzes of the influence factors in building the bridges,based on the engineering practice. Then on the basis of calculating result from the prefigurative deviation control structure calculation," rational data forecast processing about error adjust in prefigurative deviation control was made by the prefigurative theory of BP Neural Network and corresponding program and software MATLAB6.1.At last via the data comparison with the practical survey data draw a conclusion:
It is feasible for the construction prefigurative deviation control and error adjust used in PC rigid frame bridges to use the calculation model and program brought forward in this paper.
跨越大江、大河和海湾，预应力混凝土连续刚构桥应运而生，近年来得到较快
的发展。刚构桥能满足特大跨径桥梁的受力要求，除两端以外无其他伸缩缝，
有利于行车平顺舒适，具有结构整体性能好、抗震能力强、承载能力强、施工
快捷、桥体简洁明快、维护方便和便于悬臂施工等结构特点，因而在城乡已建
和在建的桥梁中占据了越来越大的比重。
预应力混凝土刚构桥采用经济合理的自架设体系施工方法-悬臂拼装或
悬臂现浇法。这种施工方法的采用，必然给桥梁结构带来较为复杂的内力和位
移变化，为了保证桥梁施工质量和桥梁施工安全，桥梁施工控制是必不可少的
环节和措施。本文主要结合蔡甸汉江公路大桥的施工监测监控项目，研究施工
预拱度控制的结构计算和误差调整方法。
论文第一部分简单回顾了预应力混凝土刚构桥的发展历程，对刚构桥设计、
施工方法等主要内容作了较为详尽叙述，并介绍了国内外在这一方面的研究动
态和主要研究成果。随后阐述了本论文研究的必要性和意义：
第一、分析施工过程中各种施工因素对结构内力和成桥线形的影响，为同
类型桥梁的施工监测监控积累经验。
第二、研究大跨度预应力混凝土刚构桥的施工监测监控方法，以完善大跨
度预应力刚构桥的施工监测监控技术。
论文在第二部分对研究所涉及的具体工程项目-蔡甸汉江公路大桥施工监
测监控方法作了简要的介绍。
本论文的其后部分主要是从工程实际出发，对预应力混凝土刚构桥施工过
程线形预拱度控制的结构计算分析和误差调整预测方面作了较为深入的研究，
对预应力混凝土刚构桥施工控制过程的影响因素作了全面的分析。
同时，在对预应力混凝土刚构桥施工过程线形预拱度控制的结构计算分析的基
础上，利用BP神经网络的预测理论和相应的程序及软件包MATLAB6.1对预
拱度控制中的误差调整进行了较好的预测处理，通过与实际施工数据及成桥后
测量结果作分析比较，得到结论：
运用本论文的计算模型和程序对预应力混凝土刚构桥预拱度控制过程进
武汉理工大学硕士学位论文
行结构分析和误差调整处理是可行。
With the rapid transit development of China's highway and railway,more long span bridges were needed to span great rivers and bays,PC continuous rigid frame bridge emerged as the times require and was developed fleetly in recent years. The PC rigid frame bridge can meet with the carrying capacity of long span bridge. This kind of structure is fit for the comfortable steer with no other expansion joints except for those at the two ends. It characterized the wholeness of structure,good astigmatic ability and load-bearing ability,construction rapidness,bright and pithiness bridge style,easy to maintain and convenient for segmental construction using the cantilever technique,so rigid frame bridge have taken an increasingly great proportion in bridges constructed and those under construction at city and county.
The rigid frame bridge adopts the economical and reasonable segmental construction technique (including cantilever installation and cantilever mold). This construction method results in the complex change of the internal forces and displacements in the bridge. The bridge construction control is essential measure and step to ensure the quality and safety in the procedure of the bridge construction. In this essay the technique of the structure calculation and error adjustment measures used in bridge construction prefigurative deviation control was researched based on the construction control and monitor project of Wuhan Caidian Han river bridge.
The first part of the paper gives a brief historical retrospect to the development of PC rigid frame bridges,and a detailed account of the information about their structure design and construction technique,and an introduction to the recent research at domestic and abroad,and an exposition of the necessity and significance of the study in this paper:
First,to analyze the influence of the factors come from the construction procedure on the bridge structure internal forces and line form,for the accumulation of experiences to guide" construction control in the same type of bridge.
Second,to search for reasonable bridge construction supervision and control means in order to consummate the construction monitor and control technique used
in big span PC rigid frame bridges.
The second part of the paper offers an account of the project concerned,that is,the construction control method of Wuhan Caidian Han river bridge.
After that,the paper makes a relatively profound study analysis of the structure calculation and error adjust forecast technique used in PC rigid frame bridges construction monitor and control,and comprehensive analyzes of the influence factors in building the bridges,based on the engineering practice. Then on the basis of calculating result from the prefigurative deviation control structure calculation," rational data forecast processing about error adjust in prefigurative deviation control was made by the prefigurative theory of BP Neural Network and corresponding program and software MATLAB6.1.At last via the data comparison with the practical survey data draw a conclusion:
It is feasible for the construction prefigurative deviation control and error adjust used in PC rigid frame bridges to use the calculation model and program brought forward in this paper.
引文
[1]范立础编著．预应力混凝土连续梁桥．人民交通出版社．1988年2月
[2]刘作霖 徐兴玉编著．预应力T型刚构式桥．人民交通出版社．1982年10月
[3]王文涛主编．刚构-连续组合梁桥．人民交通出版社．1997年4月
[4]徐君兰主编．大跨度桥梁施工控制．人民交通出版社．2000年8月
[5]何雄君编著．桥梁结构实用电算．科学出版社．1996年6月
[6]闻新等编著．MATLAB神经网络应用设计．科学出版社．2000年9月
[7]张永水．大跨度预应力砼连续刚构桥施工误差调整的Kalman滤波法．重庆交通学院学报．2000，19(3)：13～15
[8]乐云祥 王林 张文达等．武汉军山长江公路大桥施工控制．中国公路学会桥梁和结构工程学会2000年桥梁学术讨论会论文集．北京：人民交通出版社2000年10月，272～280
[9]戴诗亮 沈成武 沈延春等．人工神经网络用于人体振动响应的分析．清华大学学报1996，36(8)：87～92
[10]焦李成．神经网络系统理论，西安：西安电子科技大学出版社，1990，11～24
[11]熊小莉．GPS在桥梁控制测量中的应用．铁道建筑．2000年第6期
[12]张建军 熊小莉．长东黄河二桥施工控制网测量．铁道建筑2006年第4期
[13]柳学发．大跨度连续刚构桥的应用和发展．铁道标准设计．1999年1期
[14]周军生 楼庄鸿．大跨径预应力混凝土连续刚构桥的现状和发展趋势．中国公路学报．2000年1月
[15]顾安邦 常英 乐云祥．大跨径预应力连续刚构桥施工控制的理论与方法．重庆交通学院学报1999年12月
[16]何旭辉 裘伯永．对预应力混凝土连续梁悬拼施工有关问题的探讨．铁道建筑技术2000(1)
[17]刘孝军 朱华民．福州三县洲闽江大桥施工监控．桥梁建设．2000年第2期
[18]高跃茹．关于钢筋混凝土结构裂缝宽度的探讨．辽宁交通科技．20004年第4期
[19]陈光新 何雨微．汉川汉江公路大桥非连续段箱梁施工方案的研究与应用．重庆交通学院学报．1998年12月
[20]孙华斌 李树东 盛勇．卡尔曼滤波法在系杆拱吊杆张拉施工中的应用．西安公路交通大学学报．2000年4月
[21]张宝才 徐祯祥 阴存欣．跨海预应力混凝土大桥工程监测分析．铁道建筑．2000年4期
[22]刘效尧．梁桥损伤识别的神经网络设计．华东公路．2000年2月
[23]陈炳坤，胡贵琼编译．美国的17座新建大桥．国外公路．2000年4月
[24]王家林 肖盛燮 吴国松 曾德荣．桥梁结构实时响应在线监测的简化分析方法．重庆交通学院学报．1999年12月
[25]周希平 许忠勇．施工中混凝土斜拉桥徐变系数研究．华南理工大学学报(自然科学版)．2000年1月
[26]穆祥纯．试论城市大跨径桥梁设计的有关问题．城市道桥与防洪．第3期2000年9月
[27]张金科 李淑霞 江葆红．铁路公路桥涵自动化设计动态研究．兰州铁道学院学报(自然科学版)．2000年8月
[28]邓新安．斜拉桥悬浇施工过程控制．水运工程．2000年3月
[29]张巍．预应力混凝土梁桥施工裂缝的研究及处理．太原理工大学学报．2000年3月
[30]李珂 陆光闾．预应力混凝土桥梁长期变形的计算分析．上海铁道大学学报．2000年8月
[31]林凤国．洲河大桥连续梁悬臂灌筑施工技术．铁道标准设计．2000年12月
[32]周水兴 顾安邦．公路桥梁CAD的现状和发展方向．重庆交通学院学报．1997年9月
[33]高钟毓．工程系统中的随机工程—随机系统分析与最优滤波．北京：清华大学出版社．1989年4月
[34]林元培．卡尔曼滤波法在斜拉桥施工中的应用．土木工程学报．1983 16(3)
[35]李国平 刘健．大跨连续梁桥线形最优施工控制的理论与方法 华东公路1992(2)
[36]楼庄鸿．国内外大跨径桥梁的现状和发展趋势．中南公路工程．1994(1)
[37]杨高中等．连续刚构桥在我国的应用和发展．公路．1998(6)—(7)
[38]李国平 史建伟 张耿耿等．上海吴淞大桥施工控制技术．华东公路．1994(2)
[39]周水兴 礼忠 周建庭．桥节段施工斜拉扣挂索力仿真计算研究．重庆交通学院学报．2000年9月
[40]段明德．大跨度预应力混凝土桥梁施工的线形控制．铁道建筑技术．1996(5)
[41]范立础 杜国华 马健中．斜拉桥索力优化及非线形理想倒退分析．重庆交通学院学报．1992 11(1)
[42]张开银等．大跨度钢管混凝土拱桥线形动态控制技术．武汉交通科技大学学报，2000，24(1)：P1-4
[43]沈成武、何雄君．大跨度钢管砼拱桥吊装过程的索力逆分析．武汉交通科技大学学报，1998，22(3)：P223-226
[44]左许泉．娄底大埠公路大桥施工技术总结．湖南交通科技，1997，23(3)：P43-45
[45]王西京等．用遗传算法确定卫星初始轨道技术研究．西北工业大学学报，1999，12(17)：P133-136
[46]唐小兵，沈成武，陈定方．神经网络与遗传算法结合在结构优化设计中的应用．武汉交通科技大学学报，1999，23(5)：P477-479
[47]肖汝诚等．斜拉桥索力优化及其工程应用．计算力学学报．1998，15(1)：P118-126
[48]杨炳成、孙明．斜拉桥索力的非线性优化倒拆分析．中国公路学报，1998，11(3)：P55-62
[49]潘绍伟等．钢管混凝土拱桥超声波检测研究．桥梁建设，1997，1：P32-35
[50]HeXiongjun ShenChenwu. Adjustment of Buckle-cable Forces Under Cable-hoisting Construction of Concrete-filled Steel Tubular Arch Bridges.Journal of Wuhan Transportation University,1999,23(5):P575-578
[51]Charles W. Roeder、Brad Cameron、Colin B. Brown. Composite Action In Concrete Filled Tubes. Journal Of Structural Engineering,1999,5:P477-484
[52]王元丰等．钢管混凝土轴心受压构件的徐变分析．中国公路报，2000，13(2)：P57-60
[53]刘峰．拱肋钢管混凝土超声波检测的应用研究．江西交通，1999，2：P53-55
[54]翁晓红等．斜拉桥缆索动力特性研究．武汉水利电力大学学报，1998，31(1)：P88-91
[55]沈成武、唐小兵等．用频率识别空间刚架结构损伤区及补强的遗传算法．工程力学增刊，1999：P905-909
[56]黄豪、沈成武等．一种连续变量的遗传算法．武汉交通科技大学学报，1999，23(2)：P123-125
[57]陈继光等．GPS桥梁高程控制网的人工神经网络模型．国外公路，2000，20(2)：P51-54
[58]孙晓艳等．神经网络推广性能的敏感度分析及应用．西北工业大学学报增刊，1999：P129-132
[59]陈宝春等．钢管混凝土拱桥温度内力计算时温差取值分析．中国公路学报，2000，13(2)：P52-56
[60]Allen C.Estes、Dan M.Frangopol. Repair Optimization Of Highway Bridges Using System Reliability Approach. Journal Of Structural Engineering,1999,6:P766-775
[61]Virote Boonyapinyo、Toshio Miyata、Hitoshi Yamada. Advanced Aerodynamic Analysis Of Suspension Bridges By State-Space Approach.Journal Of Structural Engineering,1999,12:P1357-1365
[62]Diego Cobo del Arco、Angel C.Aparicio. Improving Suspension Bridge Wind Stability With Aerodynamic Appendages. Journal Of Structural Engineering,1999,12:P1367-1375
[63]Meek J L、Tanhs. Geometrically nonlinear analysis of space frames by an incremental iterative technique[J].Computer Methods in applied Mechanics and Engineering,1984,47:P261-282
[64]Clark.G. The UK industry's proposals for improved specification and standards for post-tensioned Concrete bridge.In:Proc.of FIP symposium,London:1997.
[65]Pickeet .J. Background to the UK Highways Agency's Moritorium on post-tentioned grouted Construction.In:Proc.of FIP symposium,London:1997.
[66]Kitahara M, Achenbach J D, Guo Q C. Neural network for crack-depth determination from ultrasonic backscattering data. Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation,1992,11:701～708
[67]武汉市江汉四桥工程建设指挥部湖北省交通规划设计院 湖南大学等．武汉市江汉四桥工程施工过程控制和监测关键技术研究(课题研究报告)．武汉1999年12月，p12～22
[2]刘作霖 徐兴玉编著．预应力T型刚构式桥．人民交通出版社．1982年10月
[3]王文涛主编．刚构-连续组合梁桥．人民交通出版社．1997年4月
[4]徐君兰主编．大跨度桥梁施工控制．人民交通出版社．2000年8月
[5]何雄君编著．桥梁结构实用电算．科学出版社．1996年6月
[6]闻新等编著．MATLAB神经网络应用设计．科学出版社．2000年9月
[7]张永水．大跨度预应力砼连续刚构桥施工误差调整的Kalman滤波法．重庆交通学院学报．2000，19(3)：13～15
[8]乐云祥 王林 张文达等．武汉军山长江公路大桥施工控制．中国公路学会桥梁和结构工程学会2000年桥梁学术讨论会论文集．北京：人民交通出版社2000年10月，272～280
[9]戴诗亮 沈成武 沈延春等．人工神经网络用于人体振动响应的分析．清华大学学报1996，36(8)：87～92
[10]焦李成．神经网络系统理论，西安：西安电子科技大学出版社，1990，11～24
[11]熊小莉．GPS在桥梁控制测量中的应用．铁道建筑．2000年第6期
[12]张建军 熊小莉．长东黄河二桥施工控制网测量．铁道建筑2006年第4期
[13]柳学发．大跨度连续刚构桥的应用和发展．铁道标准设计．1999年1期
[14]周军生 楼庄鸿．大跨径预应力混凝土连续刚构桥的现状和发展趋势．中国公路学报．2000年1月
[15]顾安邦 常英 乐云祥．大跨径预应力连续刚构桥施工控制的理论与方法．重庆交通学院学报1999年12月
[16]何旭辉 裘伯永．对预应力混凝土连续梁悬拼施工有关问题的探讨．铁道建筑技术2000(1)
[17]刘孝军 朱华民．福州三县洲闽江大桥施工监控．桥梁建设．2000年第2期
[18]高跃茹．关于钢筋混凝土结构裂缝宽度的探讨．辽宁交通科技．20004年第4期
[19]陈光新 何雨微．汉川汉江公路大桥非连续段箱梁施工方案的研究与应用．重庆交通学院学报．1998年12月
[20]孙华斌 李树东 盛勇．卡尔曼滤波法在系杆拱吊杆张拉施工中的应用．西安公路交通大学学报．2000年4月
[21]张宝才 徐祯祥 阴存欣．跨海预应力混凝土大桥工程监测分析．铁道建筑．2000年4期
[22]刘效尧．梁桥损伤识别的神经网络设计．华东公路．2000年2月
[23]陈炳坤，胡贵琼编译．美国的17座新建大桥．国外公路．2000年4月
[24]王家林 肖盛燮 吴国松 曾德荣．桥梁结构实时响应在线监测的简化分析方法．重庆交通学院学报．1999年12月
[25]周希平 许忠勇．施工中混凝土斜拉桥徐变系数研究．华南理工大学学报(自然科学版)．2000年1月
[26]穆祥纯．试论城市大跨径桥梁设计的有关问题．城市道桥与防洪．第3期2000年9月
[27]张金科 李淑霞 江葆红．铁路公路桥涵自动化设计动态研究．兰州铁道学院学报(自然科学版)．2000年8月
[28]邓新安．斜拉桥悬浇施工过程控制．水运工程．2000年3月
[29]张巍．预应力混凝土梁桥施工裂缝的研究及处理．太原理工大学学报．2000年3月
[30]李珂 陆光闾．预应力混凝土桥梁长期变形的计算分析．上海铁道大学学报．2000年8月
[31]林凤国．洲河大桥连续梁悬臂灌筑施工技术．铁道标准设计．2000年12月
[32]周水兴 顾安邦．公路桥梁CAD的现状和发展方向．重庆交通学院学报．1997年9月
[33]高钟毓．工程系统中的随机工程—随机系统分析与最优滤波．北京：清华大学出版社．1989年4月
[34]林元培．卡尔曼滤波法在斜拉桥施工中的应用．土木工程学报．1983 16(3)
[35]李国平 刘健．大跨连续梁桥线形最优施工控制的理论与方法 华东公路1992(2)
[36]楼庄鸿．国内外大跨径桥梁的现状和发展趋势．中南公路工程．1994(1)
[37]杨高中等．连续刚构桥在我国的应用和发展．公路．1998(6)—(7)
[38]李国平 史建伟 张耿耿等．上海吴淞大桥施工控制技术．华东公路．1994(2)
[39]周水兴 礼忠 周建庭．桥节段施工斜拉扣挂索力仿真计算研究．重庆交通学院学报．2000年9月
[40]段明德．大跨度预应力混凝土桥梁施工的线形控制．铁道建筑技术．1996(5)
[41]范立础 杜国华 马健中．斜拉桥索力优化及非线形理想倒退分析．重庆交通学院学报．1992 11(1)
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[43]沈成武、何雄君．大跨度钢管砼拱桥吊装过程的索力逆分析．武汉交通科技大学学报，1998，22(3)：P223-226
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[48]杨炳成、孙明．斜拉桥索力的非线性优化倒拆分析．中国公路学报，1998，11(3)：P55-62
[49]潘绍伟等．钢管混凝土拱桥超声波检测研究．桥梁建设，1997，1：P32-35
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[60]Allen C.Estes、Dan M.Frangopol. Repair Optimization Of Highway Bridges Using System Reliability Approach. Journal Of Structural Engineering,1999,6:P766-775
[61]Virote Boonyapinyo、Toshio Miyata、Hitoshi Yamada. Advanced Aerodynamic Analysis Of Suspension Bridges By State-Space Approach.Journal Of Structural Engineering,1999,12:P1357-1365
[62]Diego Cobo del Arco、Angel C.Aparicio. Improving Suspension Bridge Wind Stability With Aerodynamic Appendages. Journal Of Structural Engineering,1999,12:P1367-1375
[63]Meek J L、Tanhs. Geometrically nonlinear analysis of space frames by an incremental iterative technique[J].Computer Methods in applied Mechanics and Engineering,1984,47:P261-282
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