【博士】鋼管混凝土拱橋施工監(jiān)控方法研究及工程應(yīng)用【2007】

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　　學(xué)科專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：北京工業(yè)大學(xué)　　學(xué)位年度： 2007年　　鋼管混凝土拱橋特別大跨度鋼管混凝土拱橋是我國(guó)近年來發(fā)展起來的一種橋梁結(jié)構(gòu)，這類橋具有強(qiáng)度高、剛度大、自重輕、橋型美觀、跨越能力強(qiáng)、施工周期短的優(yōu)點(diǎn)。它比較好地解決了修建橋梁所要求的用料省、安裝重量輕、施工簡(jiǎn)便、承重能力大的諸多矛盾，是大跨度拱橋的一種比較理想的結(jié)構(gòu)形式。鋼管混凝土拱橋施工監(jiān)控技術(shù)、鋼管拱肋拼裝階段索力優(yōu)化調(diào)整技術(shù)、鋼管混凝土拱橋混凝土徐變規(guī)律及鋼管混凝土拱橋施工階段未完全結(jié)構(gòu)風(fēng)致抖振控制等關(guān)鍵技術(shù)是保證其順利實(shí)施的關(guān)鍵，本論文針對(duì)鋼管混凝土拱橋施工監(jiān)控中的這些關(guān)鍵問題進(jìn)行了深入的研究。主要研究?jī)?nèi)容如下：　　1．鋼管混凝土拱肋施工過程中的索力預(yù)控技術(shù)及索力優(yōu)化研究。利用鋼管拱材料均質(zhì)、力學(xué)理論計(jì)算準(zhǔn)確這一特性，將鋼管拱理論計(jì)算與觀測(cè)值之差作為數(shù)據(jù)序列，并以此建立灰色預(yù)控模型，從而實(shí)現(xiàn)控制誤差預(yù)測(cè)預(yù)控。通過建立以多階段拱肋預(yù)抬高值平方和為目標(biāo)函數(shù)、索力安全系數(shù)、鋼管控制斷面、控制點(diǎn)標(biāo)高為約束條件的非線性優(yōu)化模型，并采用了基于遺傳及迭代優(yōu)化算法求解各個(gè)施工階段的索力和預(yù)抬高值，從而實(shí)現(xiàn)一次性優(yōu)化調(diào)索。　　2．鋼管混凝土拱橋施工階段未完全結(jié)構(gòu)風(fēng)致抖振控制技術(shù)研究。以鋼管拱肋施工階段未完全結(jié)構(gòu)為對(duì)象，以Scanlan理論為基礎(chǔ)，建立了考慮脈動(dòng)風(fēng)影響的橋面系和拱肋的抖振力模型，其中橋面系的抖振力模型中考慮了風(fēng)的初始攻角和橋面轉(zhuǎn)動(dòng)的影響，拱肋的抖振力由于其截面形狀的特點(diǎn)只考慮不同方向風(fēng)的阻力作用。研究表明：對(duì)不同的風(fēng)速，以靜力形式施加的風(fēng)荷載所產(chǎn)生的拱肋各點(diǎn)豎向位移比較接近，而拱肋各點(diǎn)的橫向位移則相差較大；同樣的風(fēng)速下，懸臂端的抖振橫向位移較靜力橫向位移大。即只考慮靜力作用是不安全的，對(duì)采用纜索吊裝一斜拉扣掛施工的鋼管混凝土拱橋而言，在施工階段也有必要對(duì)其進(jìn)行風(fēng)致抖振分析。　　3．鋼管混凝土拱肋混凝土徐變效應(yīng)研究。通過對(duì)混凝土基本徐變理論的分析，及主要混凝土徐變的計(jì)算理論、徐變系數(shù)計(jì)算模式的系統(tǒng)比較和總結(jié)，針對(duì)鋼管混凝土拱橋提出了混凝土基本徐變影響系數(shù)及混凝土包絡(luò)徐變影響系數(shù)的概念，并給出了適合鋼管拱內(nèi)環(huán)境、受力以及工作條件下的徐變系數(shù)計(jì)算模式以及混凝土徐變的計(jì)算方法。采用本文提出的方法，針對(duì)各種施工工況和工作環(huán)境分別通過有限元理論分析和施工現(xiàn)場(chǎng)鋼管應(yīng)力的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，得到了鋼管混凝土拱橋的混凝土包絡(luò)徐變影響系數(shù)，并給出其發(fā)展趨勢(shì)。通過比較同種情況下空鋼管拱肋與鋼管混凝土拱肋的鋼管應(yīng)力值，分析推斷混凝土徐變效應(yīng)在鋼管混凝土拱肋不同控制截面的影響程度，為鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)考慮混凝土徐變效應(yīng)提供依據(jù)及準(zhǔn)則?！　?

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