摘 要

预应力连续梁桥作为一种行车舒适、外形优美、受力安全可靠的结构在近20年的工程建设与发展过程中越来越多的被应用。而从施工过程中的静定结构到成桥阶段体系转化成超静定结构注定了预应力连续梁桥在施工过程中的复杂性。因此，施工过程的监测与控制对预应力连续梁桥安全施工和桥梁建成后正常使用起着至关重要的作用。为满足行车舒适性、线形美观及结构安全的要求，需要对施工过程中主梁各个施工阶段的挠度及关键部位的应力进行控制，及时调整误差和不安全因素。挠度和应力的控制数据则需要分析关键敏感性参数，利用在施工过程中实际出现的重要敏感性参数对整座桥梁进行有限元仿真分析，从而更加精确的模拟每个施工阶段及成桥情况。

本文以深圳至茂名铁路江门至茂名段一座48 80 48m预应力连续梁桥为例，结合目前国内外监控理论研究最新成果及相关知识内容，主要的研究内容如下：

（1）介绍了预应力混凝土连续梁桥的结构特点、国内外预应力混凝土连续梁桥发展概况、工程建设过程中常用的连续梁桥施工方法及其优劣性的对比、桥梁施工监控技术的发展现状及监控主要内容。

（2）利用有限元分析软件Midas Civil 2015模拟分析计算了该（48 80 48）m连续梁桥的各个施工阶段，包括模拟桥梁结构、边界条件、荷载工况，施工工况,施工材料特性等，并着重分析出了关键敏感性参数，使仿真过程更加准确。

（3）利用仿真模型，计算出了各个施工阶段在指定位置的应力及挠度数据，结合当前施工监控理论研究成果，制定出了一整套详细而又可靠的施工监控方案以及在监控过程中误差调整方法。

（4）对比了在实际监控过程数据与理论数据差异，根据对比结果总结出了适用于该工程的准确的监控理论，并能够适当推广。

关键词：预应力连续梁桥； 敏感性参数； 有限元仿真分析； 施工监控；误差调整；

Abstract

Prestressed concrete continuous girder bridge, as a kind of structure which has characteristic of driving-comfort, appearance beautiful, safe and reliable mechanical, is more and more applied in recent 20 years in the process of the construction and development. However, from the statically determinate structure in the construction process to the statically indeterminate structure at the bridge phase system was destined to the complexity of the prestressed concrete continuous beam bridge in construction process. Therefore, monitoring and control of prestressed concrete continuous girder bridge in the construction process plays an important role in construction safety and normal use after the completion of the bridge. To complete requirements of driving comfort, linear aesthetic and structural safety, main girder deflection in the process of construction and stress of the key parts in all stages of construction need to be control, and adjust error and unsafe factors to meet the driving comfort, linear aesthetic and structural safety requirements in time. Control data of deflections and stresses requires analysis the key sensitivity parameters, using actual data in construction process of important sensitive parameters for the finite element simulation analysis of the whole bridge, thus more accurate simulation can be done in a bridge of each construction stage.

This paper, taking a 48 80 48 m prestressed concrete continuous girder bridge from jiangmen to maoming in shenzhen to maoming railway line as an example, combining the latest achievements in monitoring theoretical research at home and abroad and the related knowledge content, the main research contents are as follows:

1. Introduced the structure feature of prestressed concrete continuous girder bridge, prestressed concrete continuous beam bridge development situation at home and abroad, commonly used methods in engineering construction process of continuous girder bridge construction and contrast of their advantages and disadvantages, current situation of the development of bridge construction monitoring technology and the main theory of monitoring.
2. Simulating analyzed and calculated each construction stage of the 48 80 48m continuous girder bridge by using finite element analysis software Midas Civil 2015, including the simulation of bridge structure, boundary conditions, load condition, the construction condition, construction material properties, etc., and emphatically analyzed the key sensitivity parameters, which made the simulation process more accurate.
3. Calculated the stress and deflection of each construction stage in specified location data by using the simulation model, combined with the current construction monitoring theory research results, worked out a set of detailed and reliable construction monitoring scheme and error adjustment method in the monitoring process.
4. Compared the differences the data in actual monitoring process and the data in theory, according to the comparison results, summarized accurate monitoring theory suitable for the engineering, and could be appropriate to other engineering.

Key words: prestressed concrete continuous girder bridge; Sensitivity parameters; the finite element simulation analysis; Construction monitoring; Adjust error

目录

第 1 章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 预应力连续梁概述 2

1.2.1 预应力连续梁桥的发展及其特点 2

1.3 预应力连续梁桥施工监测与控制 3

1.3.1 施工监控的发展历史 3

1.3.2 连续梁桥施工监控的内容 4

1.3.3 施工监控的意义 5

1.4 本文研究的主要内容 6

第 2 章 有限元模型建立及结构分析方法介绍 7

2.1 深茂铁路工程概况 7

2.2 有限元计算模型建立 9

2.2.1 材料特性值 10

2.2.2 上部结构 10

2.2.3 边界条件 12

2.2.4 静力荷载 17

2.2.5 张拉钢束 18

2.2.6 施工阶段 20

2.3 结构计算分析方法 22

2.3.1 正装分析 22

2.3.2 倒装分析 22

2.3.3 无应力状态分析 22

2.4 理论模型应力分布及变形分布 23

2.4.1 应力分布 23

2.4.2 变形分布 24

2.5 本章总结 25

第 3 章 敏感性参数分析及模型仿真 26

3.1 敏感性参数概念 26

3.2 敏感性参数分析 26

3.2.1 结构自重影响 26

3.2.2 预应力钢束影响 30

3.2.3 弹性模量影响 35

3.2.4 大气温度影响 37

3.3 模型仿真方法 41

3.3.1 容重仿真方法 42

3.3.2 张拉应力仿真方法 42

3.3.3 弹性模量仿真方法 42

3.3.4 寒潮、日照温差仿真方法 42

3.4 本章总结 42

第 4 章 施工控制实施及误差分析 44

4.1 材料特性值测量 44

4.2 温度观测 44

4.3 线形控制 46

4.3.1 线形控制内容 46

4.3.2 仿真分析计算预拱度 46

4.3.3 监控方法及要求 47

4.4 应力控制 49

4.4.1 应力控制内容 49

4.4.2 监控方法及要求 50

4.4.3 仿真分析计算应力 52

4.5 误差分析 54

4.6 监控流程 54

4.7 本章总结 56

第 5 章 结论与展望 57

5.1 结论 57

5.2 展望 57

参考文献 59

致谢 61

绪论

1.1 引言

随着我国工程建设不断升温，桥梁作为关系到人民出行的重要基础设施，在社会的发展中起着越来越重要的作用，而预应力连续梁桥作为历史久远的结构体系，不但可以使桥梁的跨越能力得到极大提升，而且具有整体性强、伸缩缝少、位移较小、行驶舒适方便、养护方便、外形美观、抗扭转能力大、抗震性能强等特点^[1] 。这种桥梁的施工方法根据桥位的地形、环境，施工单位的施工能力，设计要求等因素，可采用悬臂浇筑法、拼装悬臂、支架现浇、主跨顶推等方法。目前国内建设时，大部分连续梁桥受到通航、通行等限制都采用悬臂施工法。在预应力混凝土连续梁桥悬臂浇筑的过程中，要经过由T型的刚构悬臂并且经历体系转换整个体系由静定转化为超静定结构。在上述过程中，由于混凝土材料本身和不稳定的非均匀性，再加上结构对环境，温度，湿度的反应，使得在每种情况施工阶段产生的应力和位移是非常复杂的，如果不对这种不确定性进行监视和控制，很可能对桥建设，未来有几十年的安全使用的产生难以估量的危害。

针对连续梁桥施工过程的复杂性，对桥梁建设影响因素较多等特点，施工监控就应运而生。在施工监控产生之前，国内外的桥梁建设过程中不乏有因为控制不到位而在建设期就发生垮塌的情况。惨痛的教训后，施工监测逐渐吸引了人们的注意力，无论是理论还是实践研究项目，监控有很多丰富的发展经验。当前形式的比较成熟的监控理论包括：标高测量、应力测试、安全监测、稳定性监管，这些控制方法在计算机发展的基础上，利用有限元分析得到精确的控制数据，根据施工过程的天气条件、施工精度、负载、材料属性等做一个最接近实际情况的模拟结构，从而确保工程安全。预应力连续梁桥建设过程中的监控是为了安全施工，确保连续梁桥建设完成后的线形和内力状况与规定状况相一致，从而保证使用效果。桥梁施工监控主要意义在于能够利用相关的桥梁分析软件得出相应的应力和位移控制数据，能够指导施工监控。特别是预拱度的提供，直接关系到成桥后线形的优美程度和使用安全性。