大跨径预应力连续梁桥施工控制仿真技术研究

山东科技大学毕业设计论文1大跨径预应力连续梁桥施工控制仿真技术研究摘要随着我国交通事业的迅速发展,我国相继修建了许多大跨度预应力混凝土桥梁。预应力混凝土连续梁由于受力合理、行车平顺、施工方便、养护费用少等优点在工程上被大量采用。这种桥型的施工方案多采用自架设体系的悬臂施工法,施工到成桥各阶段的受力体系及所受荷载等都在不断变化,桥梁的内力状态和变形都比较复杂,加上施工过程中各种因素的干扰,可能导致合拢困难,使成桥线形和内力状态偏离设计要求,给桥梁施工安全、线形、行车条件和经济性等方面带来不利影响。因此对悬臂施工过程进行施工控制是十分必要的。目前在国内大型连续梁和连续刚构的建设中越来越多地实施施工控制。国内外对桥梁施工控制进行了较为广泛的研究，提出了多种控制理论和方法。本文介绍了连续梁悬臂施工法施工控制的目的意义及内容,并就施工控制的结构仿真分析技术进行了讨论,提出了应考虑的因素及仿真计算方法和步骤。对于控制理论和方法进行了介绍,可根据实际施工情况选择不同的误差调正方法。并利用大型有限元软件ANSYS，建立了一大跨径连续梁桥的仿真分析模型，并用ANSYS的单元生死功能模拟悬臂施工过程。把挂篮作为荷载施加，参与受力计算，整个施工过程按施工循环周期分为若干个阶段，每个阶段分为三个工况，即空挂篮就位、浇筑完毕阶段混凝土、张拉预应力钢筋。对该桥进行了施工过程的计算机仿真，并对进行结构分析计算。关键词：大跨径预应力连续梁桥；悬臂浇筑；仿真计算；施工控制山东科技大学毕业设计论文2AbstractManygreatspansprestressedconcretebridgeisbuiltoneafteranotherwithrapidlydevelopmentofourcountrytransportation.Itismassivelyusedintheprojectbecausewhichhastheadvantageofdrivingsmooth,theconstructionconvenient,andthecostofmaintainsfew.Thiskindofbridgeconstructionplanusesmuchfromerectsthesystemofbrackettechnology;stresssystemisunceasinglytochange,beforethebridgesetup.Possiblycausestocloseupthedifficulty,causesthebridgelinearandtheendogenicforceconditiondeviationdesignwant.Andthebridgeconstructionsecurity,linear,aspectandsoondrivingconditionandefficiencybringstheadverseeffect.Thereforecarriesontheconstructioncontroltothebracketconstructionprocessisextremelyessential.Inourcountry,moreandmoreconstructioncontrolwasusedinprojectoflargecontinuouslygirderandcontinuouslyrigiditystructure.Domesticandforeignhasconductedcomparativelyextensiveresearchtothebridgeconstructioncontrol,Andmanykindsofcontrolstheoryandthemethodwasmadeout.Thetutorialintroducethecontentandintentaboutconstructioncontroloftheconstructiononcantilevercasting,Besides,discusstheanalysistechnologyofstructureandsimulationonconstructioncontrol,makeoutthefactorwhichshouldbeconsideredandtheaccountmethod,theprocessofsimulation.Introduce,thecontroltheoryandmethods,differerrorsquarewaywouldbechoseaccordingtopracticalconstructioncase.Atthesametime,makeandanalysismodelongreatspanprestressedconcretebeambridgewassetupthroughANSYS.BesidemakeuseofANSYScell'sbirthanddeathfunctiontosimulatecantilevercastingprocess.Keyword:greatspanPCcontinuousbeambridge;cantilevercasting;simulatinganalysis;constructioncontrol山东科技大学毕业设计论文3目录1绪论……………………………………………………………………51.1引言…………………………………………………………………51.2国内外施工控制情况及发展趋势…………………………………51.3连续梁桥的施工控制………………………………………………71.3.1连续梁桥的施工特点…………………………………………71.3.2连续梁桥施工控制的重要性…………………………………91.3.3连续梁桥施工控制的内容……………………………………121.4本课题的研究内容和目标…………………………………………122预应力混凝土梁桥施工控制的理论、方法…………………………122.1桥梁施工控制的方法………………………………………………122.1.1预测控制法……………………………………………………122.1.2事后调整控制法………………………………………………132.1.3自适应控制法…………………………………………………132.1.4最大宽容度法…………………………………………………132.2桥梁施工控制结构计算方法………………………………………132.2.1正装计算法……………………………………………………142.2.2倒装计算法……………………………………………………152.2.3无应力状态法…………………………………………………172.3桥梁施工控制结构分析方法………………………………………182.3.1有限元法………………………………………………………182.3.2解析法…………………………………………………………182.4桥梁施工控制误差调整理论与方法………………………………182.4.1卡尔曼(Kalman)滤波法………………………………………182.4.2灰色系统理论预测法…………………………………………192.4.3最小二乘法……………………………………………………203仿真控制施工过程……………………………………………………203.1Ansys软件的基本介绍……………………………………………203.2材料选择……………………………………………………………213.2.1SOLID65混凝土单元…………………………………………21山东科技大学毕业设计论文43.2.2LINK8钢筋单元………………………………………………243.3实例建模……………………………………………………………263.3.1APDL语言介绍………………………………………………263.3.2桥梁建模……………………………………………………263.3.3施工阶段……………………………………………………314全文总结及展望………………………………………………………424.1总结…………………………………………………………………424.2展望…………………………………………………………………43附录A:全部APDL命令流……………………………………………参考文献………………………………………………………………致谢……………………………………………………………………山东科技大学毕业设计论文51绪论1.1引言十九世纪中期以前，各种桥梁均采用有支架的施工法。有支架施工是在桥跨位置架设支架，在支架上拼装钢梁或浇筑混凝土主梁，整个施工过程主梁处于无应力状态。对桥梁的主梁来说，无支架施工是最简单、最可靠的施工方法，但随着科学技术的发展，桥梁跨度不断增大，尤其对跨越大江、大河和深沟的桥梁，若仍然采用有支架的施工方法，将变得非常困难，甚至不可能。随着钢铁工业的发展，十九世纪中期，美国等国修建了为数不多的连续钢桁梁，但是，在建设和使用过程中，由于温度变化、墩台沉陷等的影响，尤其是多次超静定结构，在当时设计手段落后的情况下，深感设计理论的复杂，因此，连续桁梁的应用受到一定影响。后来在连续梁中采用了铰，把连续桁梁转化为静定的悬臂桁梁，从此，悬臂桁梁获得广泛的采用。悬臂桁梁的出现不仅解决了当时设计上的难题，在施工中，悬臂桁梁的施工应力与营运应力的一致，给悬臂施工即无支架施工方法提供了有力的依据，使无支架施工方法得以广泛采用。20世纪70年代，随着预应力混凝土工艺的完善，尤其是后张学会于1976年的成立，使用于桥梁上的预应力混凝土工艺更加成熟。德国工程师率先采用挂篮悬臂浇筑混凝土，修建预应力连续梁桥，为至今仍采用的悬臂浇筑混凝土连续梁、Ｔ型刚构、斜拉桥等无支架施工方法奠定了基础。无支架施工方法的采用，促进了大跨度桥梁的建设，但是，无支架施工方法的采用，在施工中又将带来许多问题。桥梁的大跨化和各种新工艺的采用，使桥梁内力和位移变化更为复杂，为了保证桥梁施工质量、施工安全和对服役桥梁进行健康监测，桥梁施工控制已成为桥梁建设不可缺少的内容。近年来，在古典控制论基础上发展起来的现代控制论在土木工程学科领域得到了广泛的应用。桥梁工程作为山东科技大学毕业设计论文6土木工程的一个分支，具有结构复杂、技术含量高的特点，现代控制理论在桥梁施工控制中的应用逐渐成为指导大跨径桥梁建设的得力工具。1.2国内外施工控制情况及发展趋势在国外，早在50年代初，第一座现代斜拉桥Stromsund桥施工时，如何就索力和标高达到设计要求的问题，已被高度重视。1958年Dusseldorf完工的260m跨度的TheodonNenss桥的施工设计中，设计者第一次提出了“倒退分析”法的概念，即在确定了最优成桥状态之后，采用模拟逆施工过程的分析方式算出各施工阶段结构的标高与初张索力；1978年竣工的美国P-K斜拉桥也使用了这一技术。系统实施桥梁施工控制的历史并不长，最早较系统地把工程控制理论应用到桥梁施工管理中的是日本。20世纪80年代初，日本修建日夜野预应力混凝土连续梁桥时，就建立了监测施工控制所需应力、挠度等参数的观测系统，并运用计算机对所测参数进行了现场处理，然后将处理后的实测参数送回设计室进行结构计算分析，最后将分析结果返回现场进行施工控制，这也是国外传统的施工监控方法。到80年代后期，日本成功地利用计算机网络传输技术建立了一个用于斜拉桥施工控制的自动监控系统，实现了施工过程中实测参数与设计值的快速验证比较。它对保证施工安全和精度，提高工程进度起到了决定性的作用。它主要由测量数据自动采集、精度控制支持和结构计算机分析三系统构成。这也是国外传统的施工监控方法。但由于结构计算机分析是借助设计室大型计算机进行的，因此，受通讯电缆架设费用昂贵等因素的影响，使其推广应用受到一定限制。以后，日本又研制了一个以现场微机为主要分析手段的斜拉桥施工控制系统，这一系统除包含上述提及的三个子系统外，还增加了两个数据库，即测量参数和计算参数数据库。