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1、湖北工业大学 硕士学位论文 预应力混凝土连续梁铁路桥施工控制与仿真分析 姓名：宁柳明 申请学位级别：硕士 专业：结构工程 指导教师：余天庆;陈开利 20100501 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘摘 要要 悬臂工法预应力混凝土连续箱梁桥在城市道路、高速公路、铁路及高铁等公 共交通系统之中得到广泛的应用，成为大跨度桥梁建设的重要桥型之一。为确保 悬臂施工过程乃至成桥运营后桥梁的结构安全、质量可靠和线形平顺，需对主梁 挠度、应力等进行预测和控制。结合理论计算和现场实测，确保桥梁的施工质量。 首先，在简要介绍连续梁桥施工控制分析的原理和方法的基础上，用 Midas Civil
2、 建立以梁单元为基础的悬臂工法桥梁施工阶段有限元仿真模型，详细介绍了 有限元建模的全过程，并计算分析各施工阶段的预供值和应力变化。 其次，分析影响标高控制的主要参数，如混凝土容重、弹性模量、预应力荷 载、挂蓝荷载等，通过理论计算确定其对标高控制的敏感度。参照参数敏感度分 析，通过现场观测试验，确定主要参数，修改有限元模型，计算桥梁理论预供值， 从而确定节段施工的立模标高。之后，引入灰色预测模型 ，根据已经测定的节段 标高数据规律，预测后续节段的标高值。 然后，利用预先埋设的应变传感器，对悬臂施工阶段的桥梁进行分工况监测， 获得实测应力发展曲线，与相应节段和工况的理论应力发展曲线进行对比分析，
3、判断施工阶段控制截面应力发展的趋势，分析其是否处于正常的应力值范围，并 进行误差分析，为施工阶段应力监测提供真实而可靠的依据。 最后，在 Ansys 静力承载能力分析的基础上，自行设计并标定压力传感器， 对预应力孔道进行现场摩阻试验，将数据利用最小二乘法进行理论计算，得出实 测的孔道摩阻系数和每米孔道偏差系数，与规范值进行比较，并给预应力张拉施 工控制提出一些建议。 总体而言，数值仿真分析与工程实测值吻合程度较好，理论计算和现场实时 监控对连续梁桥的施工控制效果良好。 关键词：关键词：连续箱梁桥，有限元，灰色预测，应力，孔道摩阻 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstr
4、act The prestressed concrete continuous box-girder bridge which is built with the method of cantilever cast-in-place construction is widely used in public transportation system such as urban road, highway, railroad and high speed railway. It has become one of the most important construction style in
5、 bridge engineering. In order to insure the structural safety, construction quality and the line shape smoothly in the construction process and the operation time, the beam deflection, main section stress should be predicted and predominated. Application of soft-computing and monitored control syste
6、m are applied to insure the construction quality. First of all, some construction control analysis theory and method are briefly introduced, then a finite element cantilever construction model is built using beam element. The modeling procedure is presented in detail, and the girder nodes displaceme
7、nt and section stress are formulated right after. Secondly, the main influence factors such as volume weight of concrete, elastic modulus, prestressed load and cradle load are analyzed to find out which is the key factor to elevation control. And then the key parameters of the finite element model a
8、re modified according to the analysis and the field experiment. After the nodes displacement is recaculated, the initialize heights of girder during construction is obtained respectively. Then，the gray prediction model is introduced to forecast new elevation height. Thirdly, the section stress is me
9、asrued by the strain sensor laid in the concrete during the construction stage, the stress development curved lines are plotted subsequently. Then Comparative Analysis on the Theoretic calculation and the measure results. The stress safety in construction process can be observed by this method, mean
10、while, measurement and theoretic calculation error analysis can also be performed. The basis of the stress monitor is provided by this method. Finally, the pressure sensor is designed for the experiment on the friction loss of prestressed dust with Ansys statical analysis. The actual friction coeffi
11、cient and deviation factor are caculated according to the experiment data using the method of least square. Compared with the specifications and the prestressing force tension procedure can be controlled through the experiment data. Overall, the simulation of the construction process is basically in
12、 agreement with the experimentally measured results and the bridge building construction is steadily controlled by this mixing method. Keywords: continuous box-girder bridge， finite element， gray prediction model， stress， friction loss 学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取
13、 得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权湖北工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文作者签名： 指导教师签名：
14、日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 第 1 章 绪 论 1.1 预应力混凝土连续梁桥发展概述 预应力混凝土连续梁桥是重要的桥梁结构形式之一，该桥型具有刚度大、变 形小、伸缩缝少、抗震力强、行车平顺、养护简易等特点，广泛应用于城市道路、 高速公路、铁路及高铁等公共交通系统之中，其断面形式以箱型截面为主。 1在外 观效果方面，有较大主孔和边孔的三跨箱梁桥，用变高度箱梁是较美观的；而多 跨桥(三跨以上)用等高箱梁则更为美观。我国兴建预应力混凝土梁桥始于上世纪 50 年代，近年来发展十分迅猛，在设计和施工方面都已达到较高的水平，材料工 艺及试验研
15、究方面也有长足进步。国内外连续梁桥的发展如表 1-1 所列 2： 表 1-1 国外预应力混凝土连续梁桥列举 桥名 竣工年份 国家 最大跨径(m)特征 Loriguilla 1969 西班牙 100 三跨连续梁 Empel 1970 荷兰 120.75 多跨连续梁 Lohr Main 1976 联邦德国 110 多跨连续梁 Bergerar 1978 法国 108 三跨连续梁 Gorsexio Creek 1978 意大利 144 多跨连续梁 Albertkanal 1979 比利时 143 五跨连续梁 Zilwankee 1983 美国 119.5 多跨连续梁 Kali bridge 1983
16、 印度 121.9 三跨连续梁 Orwell 1984 英国 160 三跨连续梁 表 1-2 国内预应力混凝土连续梁桥列举 桥名 竣工年份 地点 最大跨径(m)特征 复兴门立交桥 1973 北京 25 三跨连续梁 曹阳路桥 1978 上海 46 三跨连续梁 兰州黄河大桥 1979 甘肃 70 三跨梁续梁 柳江大桥 1983 广西 60 九跨连续梁 珠江三桥 1983 广东 110 三跨梁续梁 湘潭大桥 1995 湖南 125 三跨连续梁 奉浦大桥 1995 上海 125 五跨连续梁 德庆西江大桥 1999 广东 128 四跨连续梁 南京长江二桥北汊2001 江苏 165 五跨连续梁 湖 北 工 业 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 悬臂浇注混凝土连续梁桥的经济跨度在 40150 m之间， 而更大跨度的此类桥 梁需要更大吨位的支座，在施工技术、养护和管理方面需要耗费高昂的代价。目 前我国此类桥梁最大跨径是南京长江二桥北汊桥，其跨径为 165 m 3。 1.2 现浇悬臂工
