大跨度钢管混凝土提篮拱桥拱肋骨架的施工控制研究
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摘要
本文详细回顾了钢管混凝土拱桥施工控制技术的发展,总结了拱桥骨架吊装控制技术发展中存在的问题。在总结了力矩平衡法及有限元“零位移法”的优缺点之后,针对落步溪大桥初步拟定的扣索方案,采用将扣索和骨架结构作为结构的整体进行非线性迭代计算求解最优扣索索力的计算方法,给出了相应的迭代计算过程,并进行了相应的骨架节段正装和倒拆计算,得出骨架合龙前一组优化扣索索力,并给出钢管骨架吊装施工中钢管应力及标高的控制数据,实践表明,采用本方法能够保证钢管骨架具备良好的合龙条件,并且在施工中能够给出准确的标高控制数值。温度效应的测试及理论计算,为选择合龙时间、合龙温度提供了理论依据,对钢管拱桥的骨架吊装控制起到了良好的工程指导作用。
通过钢管拱肋骨架弦管应力的测试,确定了骨架吊装过程中的支撑条件,及时进行了相应的改善处理,为钢管骨架的顺利吊装、扣索的扣挂张拉等施工提供了大量的理论及实测数据,保证了施工中骨架结构的安全与稳定。全过程的监测结果与理论计算结果的对比及分析表明,钢管应力、线形(标高、中线偏差)、扣索索力均与控制数据较为吻合,施工过程有限元仿真计算的结果准确可靠。合龙前的温度效应监测,为选择大桥合龙时机、合龙温度提供了指导意见。骨架成型后的温度效应实测及理论计算值吻合,骨架的成型质量很好。
下弦钢管混凝土灌注前后,单点应力及平均轴向应力均未见明显的异常,骨架标高变化理论值与实测值吻合较好。上弦管混凝土灌注前后骨架实测标高变化与理论计算值吻合较好。上、下游拱肋4根钢管的平均轴向应力累计实测值与理论计算值误差在10%以内。
本文研究成果在重庆落步溪大桥施工中得到了成功的应用,为保证该桥拱肋骨架甚至全桥的安全施工提供了技术支撑,也为今后类似工程积累了施工经验。
The development of construction control techniques of concrete-filled steel tubular (CFST) Arch bridges is represented in detail in this thesis, and problems of steel framework lifting to be solved are summarized. To avoid the defects of two cable-force calculating method: moment equilibrium and FEM“Zero-displacement”, a new method which integrates cable parts (cable elements) and steel tube frames (beam elements, truss elements) as a whole analytical model is presented to simulate lifting and setting up of steel tube frame, and optimum cable forces can also be provided by this method. A set of optimum cable forces before closure of two parts of steel tube frames, which can qualify forward setting-up and backward removal analysis of frames, are calculated by several times iterative computation procedures of this method. The level and stress control data are provided by this method. It proves that such method can assure good closure conditions and accurate control datum. Theoretical temperature effects datum which is of good instruction to selection of closure time and closure temperature are calculated by temperature effects simulation.
The support conditions of arc springing are identified and improved to guarantee setting-up of frames with the aid of stress measurement of steel tube at arc springing. Plenty of theoretical data assure the safety and stability of structures and tension of cables. The measurements of steel tube stress, frame level and cable forces are in good accordance with theoretical control results. It proves that such method applied in this thesis is correct, the simulating results are accurate. The steel tube frame of arc rib is set up well.
The single point stress and average stress of steel tube are normal during concrete filling of bottom 4 steel tubes, and the level and stress measurements are in good accordance with computation results. During the concrete filling of topper 4 steel tubes, the level and stress measurements are in good accordance with computation results. The difference of sum measurement level and sum theoretical level of frame can be compensated in next construction stages.
The research results have been successfully applied in the construction of Luohua River Bridge in Chongqing. It provides a technical support for safety construction of the bridge, and accumulates construction experience for similar engineering.
通过钢管拱肋骨架弦管应力的测试,确定了骨架吊装过程中的支撑条件,及时进行了相应的改善处理,为钢管骨架的顺利吊装、扣索的扣挂张拉等施工提供了大量的理论及实测数据,保证了施工中骨架结构的安全与稳定。全过程的监测结果与理论计算结果的对比及分析表明,钢管应力、线形(标高、中线偏差)、扣索索力均与控制数据较为吻合,施工过程有限元仿真计算的结果准确可靠。合龙前的温度效应监测,为选择大桥合龙时机、合龙温度提供了指导意见。骨架成型后的温度效应实测及理论计算值吻合,骨架的成型质量很好。
下弦钢管混凝土灌注前后,单点应力及平均轴向应力均未见明显的异常,骨架标高变化理论值与实测值吻合较好。上弦管混凝土灌注前后骨架实测标高变化与理论计算值吻合较好。上、下游拱肋4根钢管的平均轴向应力累计实测值与理论计算值误差在10%以内。
本文研究成果在重庆落步溪大桥施工中得到了成功的应用,为保证该桥拱肋骨架甚至全桥的安全施工提供了技术支撑,也为今后类似工程积累了施工经验。
The development of construction control techniques of concrete-filled steel tubular (CFST) Arch bridges is represented in detail in this thesis, and problems of steel framework lifting to be solved are summarized. To avoid the defects of two cable-force calculating method: moment equilibrium and FEM“Zero-displacement”, a new method which integrates cable parts (cable elements) and steel tube frames (beam elements, truss elements) as a whole analytical model is presented to simulate lifting and setting up of steel tube frame, and optimum cable forces can also be provided by this method. A set of optimum cable forces before closure of two parts of steel tube frames, which can qualify forward setting-up and backward removal analysis of frames, are calculated by several times iterative computation procedures of this method. The level and stress control data are provided by this method. It proves that such method can assure good closure conditions and accurate control datum. Theoretical temperature effects datum which is of good instruction to selection of closure time and closure temperature are calculated by temperature effects simulation.
The support conditions of arc springing are identified and improved to guarantee setting-up of frames with the aid of stress measurement of steel tube at arc springing. Plenty of theoretical data assure the safety and stability of structures and tension of cables. The measurements of steel tube stress, frame level and cable forces are in good accordance with theoretical control results. It proves that such method applied in this thesis is correct, the simulating results are accurate. The steel tube frame of arc rib is set up well.
The single point stress and average stress of steel tube are normal during concrete filling of bottom 4 steel tubes, and the level and stress measurements are in good accordance with computation results. During the concrete filling of topper 4 steel tubes, the level and stress measurements are in good accordance with computation results. The difference of sum measurement level and sum theoretical level of frame can be compensated in next construction stages.
The research results have been successfully applied in the construction of Luohua River Bridge in Chongqing. It provides a technical support for safety construction of the bridge, and accumulates construction experience for similar engineering.
引文
1.蔡绍怀,钢管混凝土的结构计算与应用[M],北京:中国建筑工业出版社1989
2.蔡绍怀,钢管混凝土结构[M],北京:中国建筑科学研究院,1992
3.蔡绍怀,钢管混凝土结构、钢与混凝土组合结构设计施工手册(周起敬、姜维山、潘太华主编)第5章[M],北京:中国建筑工业出版社1993
4.蔡绍怀,高层建筑钢管混凝土结构[J],建筑结构,1993(4)
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