摘 要

连续桥梁这种结构体系具有许多突出的好处，例如梁段与梁段之间的缝隙比较小，车辆在上面行驶会很舒服平顺，桥梁建成后的保养不复杂，抵抗地震的很强等等。使用悬臂浇筑法来浇筑连续桥梁，这种方法不需要支架，所以不会影响船只通行，深山峡谷建桥和城市立交建桥，悬臂施工的受力较接近于成桥后的结构受力，但是在国内外所建的悬臂浇筑预应力混凝土连续桥施工或使用过程中，经常发现部分桥梁产生裂缝，而裂缝的性质和特征又是各桥不一。所以，为了使刚构桥在施工过程中成桥线性，合拢精度，内力达到设计要求，在连续刚构桥的各个施工阶段进行监控。而铁路桥对线性有更高要求。

把预应力混凝土高速铁路大桥作为此次研究的基础，在迈达斯civil软件的帮助下创立桥梁模型并且模仿各种实际的情况，考虑各种各样的潜在原因，剖析各施工阶段的内力与应变，本文的主要内容有：

1. 介绍了预应力混凝土在世界范围内连续刚构桥的线形控制的研究现状和连续刚构桥的发展现状与趋势。
2. 介绍了48 80 48米无砟轨道预应力混凝土连续桥梁的工程概况，将针对预应力高速铁路大桥的施工特点：①大跨、②挂篮悬臂分段施工、③预应力索张力、④混凝土收缩徐变等，与此同时创建此桥的有限元模型，以结合该桥梁的结构特点为基础，特别是考虑到材料对时间和温度的效应，模拟施工过程，分析大跨径预应力混凝土连续刚构桥结构受力与变形，以及相应的桥梁线形控制，使建成后的桥梁达到预期要求，也要使人员安全地施工。

无砟轨道铁路大桥的结构分析与线性控制保证了桥梁施工的顺利进行，提供了安全的施工环境，使主桥顺利合拢，主桥应力结构达到要求，结构安全可靠。

关键字：悬臂法施工，迈达斯civil，连续钢构铁路桥，线形控制，预拱度

Abstract

Continuous bridge structural system has many outstanding advantages, such as small gap between beam and beam, vehicles will be very comfortable and smooth on it, the maintenance of the bridge is not complex, strong earthquake resistance and so on.Continuous bridge cantilever construction method to use casting, this method does not need to support, so will not affect the vessel traffic, mountain valley Bridges and city overpass bridge, the stress of the cantilever construction after closer Yu Chengqiao structure, but in the domestic and foreign cantilever construction of prestressed concrete continuous bridge construction of the built or in use process, often found that part of the bridge cracks, and the different nature and characteristics of cracks and the bridge.Therefore, in order to make the rigid frame bridge linear in the construction process, close precision, internal force to meet the design requirements, in each construction stage of continuous rigid frame bridge monitoring.But the railway bridge has the higher request to the linearity.Taking the prestressed concrete high-speed railway bridge as the basis of this study, the Midas civil software is used to build bridge model and simulate various construction conditions. Considering various factors, the internal force and deflection at each construction stage are analyzed. The main contents of this paper are as follows:(1) the research status of linear control of prestressed concrete continuous rigid frame Bridges worldwide and the development status and trend of continuous rigid frame Bridges are introduced.(2) the engineering overview of 48 80 48 m ballastless track prestressed concrete continuous bridge is introduced, and the construction characteristics of the prestressed high speed railway bridge are as follows:1) long-span cantilever segmental construction, (3), (2) the hanging basket of prestressed cable tension, (4) the concrete shrinkage and creep, etc., at the same time create a finite element model of the bridge, on the basis of combining with the characteristics of the structure of the bridge, especially considering the effect of time and temperature, material simulating the construction process, analysis of long-span prestressed concrete continuous rigid frame bridge structure stress and deformation of bridge and the corresponding linear control, make the bridge after the completion of the desired requirements, also want to make personnel construction safely.Structural analysis and linear control of ballastless track railway bridge ensure the smooth progress of bridge construction, provide a safe construction environment, make the main bridge smoothly closed, the main bridge stress structure meet the requirements, the structure is safe and reliable.

Keywords: cantilever construction, Midas civil, continuous steel structure railway bridge, linear control, pre-camber

目 录

第1章 绪论 1

1.1 世界范围内的研究状况 1

1.1.1 概述 1

1.1.2 悬臂浇筑的特点 1

1.1.3连续钢构桥梁国内外发展历程 2

1.1.4 连续钢构桥存在的问题 2

1.2 连续刚构桥的受力特点及优缺点 3

1.2.1 连续刚构桥的受力特点 3

1.2.2 连续刚构桥的优点和缺点 3

第2章 施工控制理论 4

2.1 施工控制 4

2.1.1 施工控制的目的和任务 4

2.1.2 施工控制的主要影响因素 4

2.1.3 施工控制原理 4

2.1.4 施工控制结构计算方法 4

2.2 施工线形控制理论 5

2.2.1 箱梁施工预拱度 5

2.2.2 预拱度预测与调整 6

第3章 高速铁路无砟轨道大桥施工控制计算分析 8

3.1 工程概况 8

3.1.1 技术标准 8

3.1.2 主要材料 8

3.1.3 施工要点 9

3.1.4 主桥上部结构施工要点 10

3.2 正装分析的有限元模型 12

3.2.1 模型单元划分 13

3.2.2 有限元模型基本参数 14

3.2.3 有限元模型截面材料定义及边界条件 14

3.2.4 有限元模型施工阶段划分 16

第4章 桥梁构造的受力分析及线形控制结果 17

4.1 处于最大悬臂状态下的应力分析 17

4.2恒载应力分析 19

4.3 成桥阶段应力分析 19

4.4 恒载挠度及恒载预拱度 21

4.5 活载挠度及活载预拱度 22

4.6预拱度 22

4.7 本章小结 22

第5章 结果和预测 24

5.1 结论 24

5.2 展望 24

参考文献 25

致谢 28

第1章 绪论

1.1世界范围内的研究状况

1.1.1 概述

我国幅员辽阔，山谷、河流及湖泊众多。随着交通事业的迅速发展，以及城镇化建设的快速推进，人们对于行车舒适度有了较高的要求，出于经济、通行、安全方面的考虑，人们对于桥梁建设也提出了愈来愈高的要求。桥梁的建设有T型刚构、连续梁桥、连续刚构桥等结构形式。而作为最新的连续刚构桥，集合了T型刚构、连续梁桥的优点，因而被广泛采用。

主梁为连续梁，墩梁固结符合连续刚构桥的结构体系，具有连续梁无伸缩缝、运行平稳的优点，但无系统转换，无近海支撑。连续刚构桥大多数采用水平抗推刚度较大的柔性桥墩^[1]。这样，桥梁的纵向抗弯刚度和横向抗扭刚度都很大，也能够满足大跨径混凝土连续梁桥的跨越能力的要求。因为预应力混凝土连续刚构桥 具有很强的适应性^[1]，所以它不仅成为了大跨度桥梁的首要选择，还是连续刚构桥未来的一种发展趋势

1.1.2 悬臂浇筑的特点

所谓悬臂施工法，就是指在桥墩的两边分别设置挂篮，在挂篮上分别对称浇筑悬臂段，由两边向中间一直到施工到合拢段，然后完成合拢段浇筑的过程^[5]。与其他施工方法相比，悬臂施工具有很多突出的优点，对于满堂支架使用的需求比较低，不会影响到水面上的通航，也不会影响到桥梁下面的正常秩序。因为考虑到桥梁的受力特点，大跨径桥梁大都采用变截面以节省材料减轻自重，恰好可以运用于悬臂施工这种方法。建设时桥梁的受力和建设完成后的受力比较契合，这样大大的减少了建设所需的材料。悬臂浇筑可以概括的分为两大类，悬臂浇筑，悬臂拼装。施工步骤可以概括为以下三步：施工平台移动，工作梁段固定，工作梁段连接。需要指出的是悬臂施工发虽然有着如此巨大的优越性，它的局限性还是要予以充分考虑的，就比如说：悬臂施工属于比较前沿的技术了，所以它在技术方面会比较苛刻，有些桥梁的墩梁结构并非固结的，因此需要运用墩梁固结技术，将墩和梁进行临时固结，所以到了一定阶段后要进行体系转换，这就会比较麻烦。除此之外，上文提到的桥梁悬臂在施工时要对称平衡地施工，但这只是理想状态，要真正做到两边受力平衡对称还是有很大困难的，如果一边受力比另一边大很多，桥墩就会对后到很大的弯矩，这是不利的受力，会对桥梁结构造成很大影响，在严重情况下，极有可能不是很安全。那接下来就说说悬臂施工的主要特点吧：有些桥梁结构梁和墩并非是固结的，而悬臂施工过程中要求梁和墩固结，这就存在一个体系转化的问题。要充分利用悬臂施工中结构的受力状况，梁和墩受到弯矩的影响，因此可以采用一些成桥阶段受力状况与悬臂施工很接近的结构。，对于满堂支架使用的需求比较低，不会影响到水面上的通航，也不会影响到桥梁下面的正常秩序。悬臂施工法的施工速度很快，因为是对称施工也可以多步同时进行，使施工的速度大幅度增加，但是会要求比较高的施工精度以保证成桥后合拢段的顺利施工以及有良好的线形结构。悬臂施工会有许多的机具设备以供使用，单单挂篮就有很多种，要结合实际情况合理采用适当的施工设备。

1.1.3连续钢构桥梁国内外发展历程

传统施工方法大多是满堂支架，费工又费时，仅适用于中、小跨径的桥梁施工，但不适用于特大高度，大跨径以及水深较大的桥梁施工。德国的沃伦姆斯大桥在1953年 修建完成，其主跨达到114.2m，在施工时创新性地引进了悬臂施工法，很好地解决了施工过程中的难题，更为重要的是，发展了一种新型体系-T型钢构，这对其他体系的桥梁产生了深远的影响。T-型钢构因其独特的优点深受各国工程师的喜爱。联邦德国在1964年又建造了本道夫桥，其主跨为208m，T型钢构的优越性得以体现，此外，上部连续梁与薄主墩的固结形成带铰链的连续钢框架体系是另一种结构创新。日本在70年代后连续建成了与之类似的浦户、滨名大桥，当时T型钢构桥的最大跨径已经超过了270m。 世界上很多国家在80年代后建造了许多不带铰的连续钢构体系，连续钢构-连续体系作为钢构体系的另一种形式在那时也得以发展，最为著名的有1985年建成的主跨为260m的澳大利亚门道桥和1998年建成的主跨为298m的挪威Raft SUNDER桥。

我国高速公路在迅速发展，要求桥梁能够满足车辆在高速行驶的平顺舒适度，很显然T型钢构已经不能适应，连续桥梁得以快速发展，但是大跨度连续梁需要设置巨型支座，养护工作量很大，费用极高，在施工过程中也存在施工体系转化的问题^[6]。连续刚构桥完美地解决了以上问题 墩台和主梁作为整体连接的桥梁叫做刚构桥，因为二者之间是刚性的连接，梁上作用竖向荷载，主梁端部将产生负向弯矩，从而会减少跨中的正向弯矩及跨中的截面尺寸。在竖向荷载的作用下，刚构桥受到弯矩和压力的作用。主梁墩加固，箱体连续，既保持了T型钢结构的特点，又保留了无伸缩缝的连续梁，能够满足行车平顺度的优点。1965年于河南汤阴建造的带有试验性质的五陵卫河桥（25 50 25m）是第一座预应力混凝土T型刚构桥，它是采用悬臂施工方法建造的。这种施工方法具有强大的生命力，124的广西柳州大桥在1986年建成也证明了这一点，此外还有葛洲坝三江大桥（1981于湖北宜昌，主跨跨径158m），福建乌龙江大桥（1971，主跨跨径144m），重庆长江大桥（1980，主跨跨径174m）^[10]，其中重庆长江大桥是目前最大的预应力混凝土T型钢钩桥。

1.1.4连续钢构桥存在的问题

预应力混凝土连续刚构桥的问题主要集中在：（1）、连续刚构桥是超静定结构，所以结构内力受温度的影响较大，现阶段还没有有效应对由温度引起的桥梁结构内力变形的分析方法。（2）、墩高的增加对合拢后全桥内力的影响较大，悬臂施工过程中的稳定性也难以得到保证。（3）、墩的柔性会随着墩高的增加而加大，所以在水平力和竖向力的共同作用下，墩顶的水平位移较大，稳定性受到严重影响。

为处理上述问题，日后预应力混凝土连续刚构桥应朝着这些方面发展：（1）、在保证桥梁解耦的稳定和安全的条件下，用不同幂次不同形式的曲线来拟合梁高的变化，尽可能减轻桥梁自身结构的重量。这能减少混凝土用量，减少受力，优化结构。（2）、不断增加跨径。（3）、桥墩高度的限制越来越小

1.2连续刚构桥的受力特点及优缺点

1.2.1 连续刚构桥的受力特点

连续刚构桥的受力特点归纳为以下几点：（1）、连续刚构桥的上部结构保留了连续梁的特点，但内力的分布更加合理，能够通过优化墩的刚度来有效减小主梁的弯矩，这对增大桥梁跨径十分有利。（2）、由于悬臂施工与成桥后的手里十分接近，且契合梁的上翼缘受拉应力的桥梁形式，所以能够运用于连续钢构的上部结构施工。（3）、墩梁固结处的受力一般比较复杂，主墩应具备有一定的柔度，这样就形成摆动体系，这种体系在修建大跨度高墩桥梁时经常被采用。因为这种体系能使各主墩共同受力，以具备较大的抗扭和抗弯刚度。（4）、混凝土的收缩和徐变、桥梁主要结构受到温度的影响、基础的不均匀沉降等产生的附加内力分布比连续桥梁复杂很多。（5）、连续刚构桥的伸缩缝一般设置在主梁的端部，伸缩缝比较少，就两道伸缩缝，这样行车会很平顺，在适当条件下可以适当增加其上部结构。

1.2.2连续刚构桥的优点和缺点

连续刚构桥的主要优点可以归纳如下：(1)、顺桥方向的抗推刚度比较小，者能够有效减少温度变化、地震及混凝土收缩徐变对结构内力造成的影响。(2)、伸缩缝比较少，这大大提高了行车平顺度。(3)、沿着横向的抗扭刚度比较大，沿着纵向的抗弯刚度也比较大，能够满足跨度较大的桥梁的要求。(4)、施工阶段桥梁主墩不需要进行体系转换，也不需要设置支座。

连续刚构桥主要的局限处可以整理成：(1)、因为桥梁主结构和桥墩是紧密连接的，所以对于桥墩的不均匀沉降、温度变化等因素造成的次应力十分敏感。(2)、主梁的连续长度无法达到太大.(3)、桥梁柱墩抵抗撞击的能力比较弱。

第2章 施工控制理论

2.1施工控制

2.1.1施工控制的目的和任务

桥梁施工控制的目的是对桥梁施工过程进行监测和控制，确保桥梁在施工过程中的内力和变形始终满足安全方面的要求，使得桥梁建成后结构的内力和成桥线形达到预期要求。施工控制的主要任务包含以下三个方面：（1）、保证结构在建造完成的时候内力状态要合理。（2）、结构在建造完成时要达到设计所期望的几何形状。（3）、使桥梁建设的过程中梁体的安全得以保证。

2.1.2施工控制的主要影响因素

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