钢—混凝土组合梁系杆拱桥施工控制及性能优化

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1、钢-混凝土组合梁系杆拱桥施工控制及性能优化ConstructionControlofSteel-concreteCompositeTiedArchBridgeandItsPerformanceOptimization天津市自然科学基金（16JCZDJC40300）和天津市科技支撑计划重点项目（16YFZCSF00460）资助学科专业：土木工程作者姓名：盛荣荣指导教师：朱劲松教授天津大学建筑工程学院二零一七年十二月摘要系杆拱桥属于梁拱组合体系桥梁，在交通工程中有着广泛应用。系杆拱桥施工过程复杂，为确保施工阶段结构安全

2、和成桥状态实现设计目标，精确而有效的施工控制至关重要。随着服役年龄的增长，系杆拱桥将面临多种病害，有些病害甚至可能引发连续倒塌。为降低局部构件破坏导致系杆拱桥连续倒塌的风险，有必要在桥梁运营期间采取预防性养护。由于材料自身局限，大跨度钢-混凝土组合梁桥往往存在自重较大、负弯矩区混凝土容易开裂等问题，为解决这类问题，需引入高性能材料。本文以新建桥梁巴彦淖尔先锋桥为工程背景，采用自适应控制方法和施工阶段仿真分析对系杆拱桥施工控制展开研究，基于桥梁结构冗余度提出运营养护建议，并分析了相比于混凝土平板，采用超高性能混凝土（

3、Ultra-highPerformanceConcrete，UHPC）华夫桥面板对系杆拱桥动静力性能的提升作用。本文的主要内容如下：1、利用MidasCivil建立先锋桥施工阶段仿真模型，求得钢拱肋预偏量、钢纵横梁预拱度，与吊杆、系杆下料长度，以指导构件加工，采用正装迭代法确定施工过程吊杆张拉力，并考虑张拉顺序实现吊杆张拉方案优化，以指导张拉施工，求得各施工阶段结构关键位置应力与位移，以评价施工过程结构安全。此外，定量分析施工误差和环境温度对成桥状态的影响，确定主要设计参数。2、将施工过程主要实测数据与施工仿真分析

4、结果进行对比分析，两者吻合较好，且成桥状态基本满足设计要求，表明施工控制精确有效。3、以先锋桥为例，采用确定性准则与确定性分析方法，分析不同局部破坏模式对桥梁结构承载能力与正常使用的影响及冗余度计算结果，建议提高养护水平，加强超载管制，对吊杆重点养护。4、结合先锋桥，对比分析桥面板分别采用混凝土平板或华夫板时，钢-混凝土组合梁系杆拱桥的动静力性能差异。推导了考虑UHPC抗拉强度和双筋截面的华夫板结构单元矮肋宽翼缘T梁的极限抗弯承载力计算公式，提出了桥梁结构整体建模时以等效材料异性板模拟华夫板的简化方法。关键词：系杆

5、拱桥，施工控制，冗余度，桥梁养护，华夫桥面板，动静力性能IABSTRACTTiedarchbridges,atypeofcombinationbridges,arewidelyusedintrafficengineering.Constructionoftiedarchbridgesisverycomplicated.Toensurethestructuralsafetyunderconstructionandachievementofthedesign,accurateandeffectiveconstructi

6、oncontrolisthekeypoint.Withtheincreaseofservicetime,tiedarchbridgesarelikelytobefacedwithvariousdiseases,someofwhichmayevenresultinprogressivecollapse.Therefore,itisnecessarytocarryoutpreventivemaintenancetoreducetheriskofprogressivecollapseoftiedarchbridgesca

7、usedbylocalfailure.Becauseoflimitationofthematerialsadopted,long-spansteel-concretecompositebridgeshavegreatweightandeasilycrackinthenegativemomentzoneofconcrete.Thushighperformancematerialsshouldbeintroduced.ThisdissertationisbasedonBayanNurXianfengBridge.Res

8、earchonconstructioncontroloftiedarchbridgeswasimplementedbytheadaptivecontrolmethodandtheconstructionsimulationanalysis.Severalmaintenancesuggestionsweregivenonthebasisofbridgeredu