佛山九江大桥组合梁斜拉桥的施工控制研究
|
摘要
组合梁斜拉桥以其快捷的施工速度、优越的跨越能力、简易的施工方法以及经济性近年来在中国得到了广泛的应用,可以说组合梁斜拉桥是大跨径桥梁领域中最具竞争力的桥型之一。然而,由于其特殊的悬臂拼装施工工艺,施工中索力施加的偏差,安装线线的偏差,结构自重与外加荷载值与设计值的不一致都将对最终的成桥线形与应力分布情况产生影响。故而组合梁斜拉桥同时也是一种高次超静定且施工技术含量高的桥型之一。并且由于其各个主梁框架,线形事先在工厂进行预制然后再在现场进行悬臂拼装,用高强螺栓拼接而成,所以施工中块体之间的旋转角度与梁端高程的可调节范围有限,所以严格并且成功的施工控制成为组合梁斜拉桥施工成功与否的保证。本文基于国道325九江大桥修复工程,探讨了组合梁斜拉桥施工控制中的几个关键的技术问题。
1、节段施工的安装线形与无应力线形是现场施工与工厂预制的重要信息,而工程中对此存在一些误解。本文论述了安装线形与预制线形的联系与区别。根据力与变形的协调原理,应用安装线形的大循环迭代的零初始位移法与切线位移法于九江大桥的预拼线形计算中,并且相互验证,最终得到九江大桥的预拼线形结果。
2、为得到结构主塔,主梁,混凝土桥面板的合理受力分布情况,应用大型有限元软件ANSYS建立了包括三维杆件单元、空间梁单元和弹性壳体单元的空间三维模型,从而得到各个施工阶段桥梁主梁与桥面板的应力、应变分布情况,并且与施工中的测试结果进行比较,证实梁板单元模型在组合梁斜拉桥的应力控制中是可行。
3、在组合梁斜拉桥施工控制中,精确的索力测量极为重要,正确的测量结果是后序施工中调整索力与标高的基础。本文比较了频率法与液压传感测试法在九江大桥施工控制中的应用,得出频率法较适合于长索、柔索,而压力传感测试则在短索索力值测试中有明显的优越性。由于短索的刚度影响在索力计算所占的比重太大,频率法在短索测试中有一定的局限性。
4、本文还尝试针对九江大桥施工中二期荷载的施加情况,对二期恒载值进行参数修正,实践证明卡尔曼滤波法在组合梁斜拉桥施工控制中具有一定的应用意义。
Composite cables-stayed bridge is one of the most competitive bridge types in long-span application which is advantageous in its fast construction, excellent span capacity, light self-weight, ease of construction and relative economical, etc. It has been widely applied recently in China. However, it is also a kind of highly statically indeterminate structure in design and construction, hence the final alignment and stress condition will be influenced by deviations of exerted force of the cables、erection level of segments, amount of loads and self-weight and so on. Additionally, the alignment of the composite cables-stayed bridge is difficult to be adjusted due to its specific construction method. As the segments are prefabricated before erecting in site, the allowable adjustment of angle and alignment are limited, thus a rigorous and successful control of construction is the guarantee of achieving design objective. Basing on Jiu Jiang Bridge, this thesis covers some key technical problems in control of construction of composite cables-stayed bridge.
1、Assembled geometry and unstrained geometry of segmental bridge provide important information for fabrication and site construction, but there is some mistake about its application. The relationship and difference between assembled geometry and unstrained geometry are illustrated. Based on the compatibility between force and deformation, an approach to solving assembled geometry by iterating of construction sequence and to solving unstrained geometry by Tangent-Erection displacement was put forward in calculation of Jiu Jiang Bridge.
2、Aiming at reasonable stress distribution of tower、main girder and concrete bridge slab, a spatial finite element model made up of 3-D spar element, beam element and elastic shell element is established. The nonlinear static analysis is performed by using ANSYS in order to model the real construction sequence and to get the distribution of internal force and stress, strain of the main girder and the concrete slab. Comparison between the result of calculation and the test result in site is also shown.
3、It cannot be too much to focus on the test of the force of cables. Exact value of slope force is the basis of adjustment of the erection of segment in cables-stayed bridge construction. This thesis covers the theory and usage of frequency method and hydraulic pressure sensors in Jiu Jiang Bridge construction and testify that the frequency method is suitable for long slope while the hydraulic pressure sensors is suitable for short slope which is more stiffer.
4、This thesis also tries to apply the parameter adjustment theory at the exerting of finishes construction step of Jiu Jiang Bridge. The Kalman filtering method is testified applicable in adjusting the parameter deviation.
1、节段施工的安装线形与无应力线形是现场施工与工厂预制的重要信息,而工程中对此存在一些误解。本文论述了安装线形与预制线形的联系与区别。根据力与变形的协调原理,应用安装线形的大循环迭代的零初始位移法与切线位移法于九江大桥的预拼线形计算中,并且相互验证,最终得到九江大桥的预拼线形结果。
2、为得到结构主塔,主梁,混凝土桥面板的合理受力分布情况,应用大型有限元软件ANSYS建立了包括三维杆件单元、空间梁单元和弹性壳体单元的空间三维模型,从而得到各个施工阶段桥梁主梁与桥面板的应力、应变分布情况,并且与施工中的测试结果进行比较,证实梁板单元模型在组合梁斜拉桥的应力控制中是可行。
3、在组合梁斜拉桥施工控制中,精确的索力测量极为重要,正确的测量结果是后序施工中调整索力与标高的基础。本文比较了频率法与液压传感测试法在九江大桥施工控制中的应用,得出频率法较适合于长索、柔索,而压力传感测试则在短索索力值测试中有明显的优越性。由于短索的刚度影响在索力计算所占的比重太大,频率法在短索测试中有一定的局限性。
4、本文还尝试针对九江大桥施工中二期荷载的施加情况,对二期恒载值进行参数修正,实践证明卡尔曼滤波法在组合梁斜拉桥施工控制中具有一定的应用意义。
Composite cables-stayed bridge is one of the most competitive bridge types in long-span application which is advantageous in its fast construction, excellent span capacity, light self-weight, ease of construction and relative economical, etc. It has been widely applied recently in China. However, it is also a kind of highly statically indeterminate structure in design and construction, hence the final alignment and stress condition will be influenced by deviations of exerted force of the cables、erection level of segments, amount of loads and self-weight and so on. Additionally, the alignment of the composite cables-stayed bridge is difficult to be adjusted due to its specific construction method. As the segments are prefabricated before erecting in site, the allowable adjustment of angle and alignment are limited, thus a rigorous and successful control of construction is the guarantee of achieving design objective. Basing on Jiu Jiang Bridge, this thesis covers some key technical problems in control of construction of composite cables-stayed bridge.
1、Assembled geometry and unstrained geometry of segmental bridge provide important information for fabrication and site construction, but there is some mistake about its application. The relationship and difference between assembled geometry and unstrained geometry are illustrated. Based on the compatibility between force and deformation, an approach to solving assembled geometry by iterating of construction sequence and to solving unstrained geometry by Tangent-Erection displacement was put forward in calculation of Jiu Jiang Bridge.
2、Aiming at reasonable stress distribution of tower、main girder and concrete bridge slab, a spatial finite element model made up of 3-D spar element, beam element and elastic shell element is established. The nonlinear static analysis is performed by using ANSYS in order to model the real construction sequence and to get the distribution of internal force and stress, strain of the main girder and the concrete slab. Comparison between the result of calculation and the test result in site is also shown.
3、It cannot be too much to focus on the test of the force of cables. Exact value of slope force is the basis of adjustment of the erection of segment in cables-stayed bridge construction. This thesis covers the theory and usage of frequency method and hydraulic pressure sensors in Jiu Jiang Bridge construction and testify that the frequency method is suitable for long slope while the hydraulic pressure sensors is suitable for short slope which is more stiffer.
4、This thesis also tries to apply the parameter adjustment theory at the exerting of finishes construction step of Jiu Jiang Bridge. The Kalman filtering method is testified applicable in adjusting the parameter deviation.
引文
[1]周念先,杨共树.预应力混凝土斜张桥[M].北京:人民交通出版社,1989
[2]林元培.斜拉桥[M].北京:人民交通出版社,1994
[3]严国敏编著,劳远昌主审.现代斜拉桥[M]. DN成都:西南交通大学出版社,1996
[4] Podolny W, Scalzi JB. Construction and design of cables-stayed bridge[M]. New York: John Wiley, 1976, 1~10
[5] Gimsing S J. Cables supportet bridges (second) [M]. Chichester: John Wiley, 1997, 2~8
[6] Michel V. Recent evolution of cables-stayed bridges[J]. Engineering Structures, 21(1999): 737~755
[7] Svensson H. The development of Cables-stayed bridge in Europe. International Symposium on Cables-stayed Bridge, Shanghai, 1994
[8] Tang M C. Cables-stayed bridge in North American. Cables-stayed Bridge. Elseiver Science Publisher, 1991
[9] Podolny W, Scalzi J J. Construction and Design of Cables-stayed B New York: John Willey & sons, 1986
[10]铁道部大桥工程局桥梁科学研究所.斜拉桥.北京:科学技术文献出版社,1992. 27-46
[11]周明,施耀忠.大跨径悬索桥、斜拉桥的发展趋势.中南公路工程,2000,25(3):33-34
[12]顾安邦.桥梁工程(下册).北京:人民交通出版社,2000.267-273
[13]陈明宪.大跨径斜拉桥建设与展望.公路,2002,(10):60-65
[14]马坤全.大跨径斜拉桥建设与展望.国外桥梁,2000,(4):60-65
[15]向中富主编.桥梁施工控制技术[M].北京:人民交通出版社,2001. 1-18
[16]官万铁,韩大建.大跨度斜拉桥施工控制方法研究进展[J].华南理工大学学学报(自然科学版),1999,27(11): 14-19
[17]石雪飞.斜拉桥结构参数估计及施工控制系统[D].上海,同济大学博士学位论文,1999. 4-18
[18]邓新安.斜拉桥的施工控制[J].中国港湾建设,2001,第5期: 34-37
[19] K. Maeda, A.Otsuda & H.Takano. Construction of the Yokohama Bay BridgeSuperstructure. Proceedings of IABSE, 1988
[20]杜凡亚译.东神户大桥上部结构的施工及假设精度控制.国外桥梁,1994年第3期: 25-29
[21] H.S.Chiu. Long-Term Deflection Control in Cantilever Prestressed Concrete Bridges, Journal of Engineering Mechanics, ASCE, Vol.122, No. 6, 1996
[22]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年第3期
[23]葛耀群.大跨度桥梁分段施工的状态估计.中国土木工程学会市政工程学会第三次全国城市桥梁学术会议论文集,1991年12月
[24]颜东煌.对斜拉桥施工控制计算中几个问题的认识.中国土木工程学会桥梁与结构年会第十届年会,湖北武汉,1992年11月
[25]陈德伟等.混凝土斜拉桥施工控制.土木工程学报,1993年第1期
[26]常英.随机最优控制在连续刚构桥和斜拉桥施工控制中的应用.公路交通科技,2001年第6期
[27]陈德伟,许俊,周宗泽等.预应力混凝土斜拉桥施工控制新进展[J].同济大学学报,2001,29(1): 99-103
[28]北京Midas技术有限公司.桥梁中的制作预拱度和施工预拱度[R]. 2004
[29]贾布裕,林致胜,叶锡钧九江南主桥重建斜拉桥总结报告,2009年6月份
[30]华孝良,徐光辉.桥梁结构的非线性分析.北京:人民交通出版社
[31]交通部重庆公路研究所. JTJ027-96.公路斜拉桥设计规范(试行).北京:人民交通出版社
[32]张晓壳,陈宁,王良应等,斜拉桥的数学建模.国外桥梁,1998,(2):52-56.
[33] ANSYS (中国)公司. ANSYS使用指南. http://www.ansys.com
[34]张海龙,刘昌国等,斜拉桥施工仿真.公路,2003(8):72-75
[35]广东长大公路有限公司国道325修复工程九江大桥项目组,国道325修复工程吊机重量与受力工况
[36]王卫锋. PC斜拉桥的施工监测[D].广州:华南理工大学,2000
[37]龙跃,邓年春,朱万旭,等.磁通量传感器及其在桥梁监测中的应用[J].预应力技术,2007,(61):3-6
[38]郝超,裴岷山.斜拉桥索力测试新方法—磁通量法[J].公路,2000,(11):30-31
[39]徐郁峰.大跨度预应力混凝土斜拉桥施工控制理论与核心技术研究及软件开发[D].广州:华南理工大学,2004
[40]方志,张智勇.斜拉桥的索力测试[J].中国公路学报,1997,10(1):51-58
[41]王朝华,李国蔚.斜拉桥索力测量的影响因素分析[J].桥梁建设,2004,(30:64-67
[42]段波,曾德荣,卢江.关于斜拉桥起宏图测定的分析[J].重庆交通学院学报,2005,24(4):6-8
[43]陈刚,任伟新.基于环境振动的斜拉桥拉索基频识别[J].地震工程与工程振动,23(3):100-106
[44]周履,陈永春.收缩徐变[M].北京:中国铁道出版社,1988
[45]王新洲.非线形模型参数估计理论与应用.武汉:武汉大学出版社,2002. 6
[46]刘宏才.系统辨识与参数估计.北京:北京科技大学出版社, 1996.10
[47]郑自立.卡尔曼滤波与维纳滤波—现代时间序列分析方法.哈尔滨工业大学出版社,2003:56-59
[48]马增琦.卡尔曼波波法大跨度预应力混凝土连续刚构桥施工监控中的应用.西南交通大学硕士论文. 2005年5月
[49]林智敏.桥梁施工控制中的参数识别方法研究.四川建筑,2004年第六期
[50]赵胤儒.卡尔曼滤波法在混凝土斜拉桥施工控制中的运用.西南交通大学硕士论文. 2008年5月
[51]李乔,唐亮.悬臂拼装桥梁制造与安装线形的确定[A].中国土木学会桥梁及结构工程学会.第十六届全国桥梁学术会议论文集[C].北京:人民交通出版社,2004,297-302
[52]程翔云.悬臂施工中的预拱度设置[J].公路,1995,(7):9-11
[53]王勖成,邵敏.有限单元法基本原理和数值方法.北京:清华大学出版社,1997
[54]高宗余.青洲闽江大桥结合梁设计.桥梁建设, 2001,(4):13-17
[55]邓聚龙.灰色系统理论基础.武汉:华中科技大学出版社,2002
[56]黄铖.大跨度结合梁斜拉桥的钢—混凝土主梁给合效应研究.福州大学硕士论文. 2003年5月
[57]汪劲丰.预应力混凝土斜拉桥施工控制的关键技术研究.浙江大学博士论文. 2003年1月
[58]中华人民共和国交通部. JTJ041-2000.公路桥涵施工技术规范.北京:人民交通出版社,2000
[59]中华人民共和国交通部. JTJD60-2004.公路桥涵设计通用规范.北京:人民交通出版社,2004
[60]中华人民共和国交通部. JTJD62-2004.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范.北京:人民交通出版社,2004
[2]林元培.斜拉桥[M].北京:人民交通出版社,1994
[3]严国敏编著,劳远昌主审.现代斜拉桥[M]. DN成都:西南交通大学出版社,1996
[4] Podolny W, Scalzi JB. Construction and design of cables-stayed bridge[M]. New York: John Wiley, 1976, 1~10
[5] Gimsing S J. Cables supportet bridges (second) [M]. Chichester: John Wiley, 1997, 2~8
[6] Michel V. Recent evolution of cables-stayed bridges[J]. Engineering Structures, 21(1999): 737~755
[7] Svensson H. The development of Cables-stayed bridge in Europe. International Symposium on Cables-stayed Bridge, Shanghai, 1994
[8] Tang M C. Cables-stayed bridge in North American. Cables-stayed Bridge. Elseiver Science Publisher, 1991
[9] Podolny W, Scalzi J J. Construction and Design of Cables-stayed B New York: John Willey & sons, 1986
[10]铁道部大桥工程局桥梁科学研究所.斜拉桥.北京:科学技术文献出版社,1992. 27-46
[11]周明,施耀忠.大跨径悬索桥、斜拉桥的发展趋势.中南公路工程,2000,25(3):33-34
[12]顾安邦.桥梁工程(下册).北京:人民交通出版社,2000.267-273
[13]陈明宪.大跨径斜拉桥建设与展望.公路,2002,(10):60-65
[14]马坤全.大跨径斜拉桥建设与展望.国外桥梁,2000,(4):60-65
[15]向中富主编.桥梁施工控制技术[M].北京:人民交通出版社,2001. 1-18
[16]官万铁,韩大建.大跨度斜拉桥施工控制方法研究进展[J].华南理工大学学学报(自然科学版),1999,27(11): 14-19
[17]石雪飞.斜拉桥结构参数估计及施工控制系统[D].上海,同济大学博士学位论文,1999. 4-18
[18]邓新安.斜拉桥的施工控制[J].中国港湾建设,2001,第5期: 34-37
[19] K. Maeda, A.Otsuda & H.Takano. Construction of the Yokohama Bay BridgeSuperstructure. Proceedings of IABSE, 1988
[20]杜凡亚译.东神户大桥上部结构的施工及假设精度控制.国外桥梁,1994年第3期: 25-29
[21] H.S.Chiu. Long-Term Deflection Control in Cantilever Prestressed Concrete Bridges, Journal of Engineering Mechanics, ASCE, Vol.122, No. 6, 1996
[22]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年第3期
[23]葛耀群.大跨度桥梁分段施工的状态估计.中国土木工程学会市政工程学会第三次全国城市桥梁学术会议论文集,1991年12月
[24]颜东煌.对斜拉桥施工控制计算中几个问题的认识.中国土木工程学会桥梁与结构年会第十届年会,湖北武汉,1992年11月
[25]陈德伟等.混凝土斜拉桥施工控制.土木工程学报,1993年第1期
[26]常英.随机最优控制在连续刚构桥和斜拉桥施工控制中的应用.公路交通科技,2001年第6期
[27]陈德伟,许俊,周宗泽等.预应力混凝土斜拉桥施工控制新进展[J].同济大学学报,2001,29(1): 99-103
[28]北京Midas技术有限公司.桥梁中的制作预拱度和施工预拱度[R]. 2004
[29]贾布裕,林致胜,叶锡钧九江南主桥重建斜拉桥总结报告,2009年6月份
[30]华孝良,徐光辉.桥梁结构的非线性分析.北京:人民交通出版社
[31]交通部重庆公路研究所. JTJ027-96.公路斜拉桥设计规范(试行).北京:人民交通出版社
[32]张晓壳,陈宁,王良应等,斜拉桥的数学建模.国外桥梁,1998,(2):52-56.
[33] ANSYS (中国)公司. ANSYS使用指南. http://www.ansys.com
[34]张海龙,刘昌国等,斜拉桥施工仿真.公路,2003(8):72-75
[35]广东长大公路有限公司国道325修复工程九江大桥项目组,国道325修复工程吊机重量与受力工况
[36]王卫锋. PC斜拉桥的施工监测[D].广州:华南理工大学,2000
[37]龙跃,邓年春,朱万旭,等.磁通量传感器及其在桥梁监测中的应用[J].预应力技术,2007,(61):3-6
[38]郝超,裴岷山.斜拉桥索力测试新方法—磁通量法[J].公路,2000,(11):30-31
[39]徐郁峰.大跨度预应力混凝土斜拉桥施工控制理论与核心技术研究及软件开发[D].广州:华南理工大学,2004
[40]方志,张智勇.斜拉桥的索力测试[J].中国公路学报,1997,10(1):51-58
[41]王朝华,李国蔚.斜拉桥索力测量的影响因素分析[J].桥梁建设,2004,(30:64-67
[42]段波,曾德荣,卢江.关于斜拉桥起宏图测定的分析[J].重庆交通学院学报,2005,24(4):6-8
[43]陈刚,任伟新.基于环境振动的斜拉桥拉索基频识别[J].地震工程与工程振动,23(3):100-106
[44]周履,陈永春.收缩徐变[M].北京:中国铁道出版社,1988
[45]王新洲.非线形模型参数估计理论与应用.武汉:武汉大学出版社,2002. 6
[46]刘宏才.系统辨识与参数估计.北京:北京科技大学出版社, 1996.10
[47]郑自立.卡尔曼滤波与维纳滤波—现代时间序列分析方法.哈尔滨工业大学出版社,2003:56-59
[48]马增琦.卡尔曼波波法大跨度预应力混凝土连续刚构桥施工监控中的应用.西南交通大学硕士论文. 2005年5月
[49]林智敏.桥梁施工控制中的参数识别方法研究.四川建筑,2004年第六期
[50]赵胤儒.卡尔曼滤波法在混凝土斜拉桥施工控制中的运用.西南交通大学硕士论文. 2008年5月
[51]李乔,唐亮.悬臂拼装桥梁制造与安装线形的确定[A].中国土木学会桥梁及结构工程学会.第十六届全国桥梁学术会议论文集[C].北京:人民交通出版社,2004,297-302
[52]程翔云.悬臂施工中的预拱度设置[J].公路,1995,(7):9-11
[53]王勖成,邵敏.有限单元法基本原理和数值方法.北京:清华大学出版社,1997
[54]高宗余.青洲闽江大桥结合梁设计.桥梁建设, 2001,(4):13-17
[55]邓聚龙.灰色系统理论基础.武汉:华中科技大学出版社,2002
[56]黄铖.大跨度结合梁斜拉桥的钢—混凝土主梁给合效应研究.福州大学硕士论文. 2003年5月
[57]汪劲丰.预应力混凝土斜拉桥施工控制的关键技术研究.浙江大学博士论文. 2003年1月
[58]中华人民共和国交通部. JTJ041-2000.公路桥涵施工技术规范.北京:人民交通出版社,2000
[59]中华人民共和国交通部. JTJD60-2004.公路桥涵设计通用规范.北京:人民交通出版社,2004
[60]中华人民共和国交通部. JTJD62-2004.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范.北京:人民交通出版社,2004