下承式钢箱系杆拱桥（精选7篇）
下承式钢箱系杆拱桥 第1篇
试验制作了一个拱脚1:4缩尺模型, 考察拱脚在最不利工况下:a.拱脚应力分布情况和最不利应力值;b.拱脚试验模型空间有限元分析结果与试验结果及实桥拱脚局部有限元分析的结果的对比;c.对拱脚受力特性和结构构造作综合评价, 并提出必要的修改意见。
1 工程背景
某客运专线140m钢箱系杆拱桥, 拱高30m, 矢跨比1:4.67, 拱轴线形为二次抛物线, 拱肋中心距16m。全桥设5道横撑, 每片拱肋设15根吊杆。钢桥面系为纵横梁体系。
2 局部模型试验
2.1 模型设计
模型试验遵循以下原则:模型与实桥几何相似, 采用尽可能大的比例尺;模型与实桥边界约束相同。在综合考虑结构的外形尺寸、制作安装、加载方式及试验场地的情况下, 最终模型与实桥的相似比采用1:4。
取实桥拱脚部位拱肋10.5m (从系梁底板到拱肋截面顶端) 、系梁14.54m、端横梁和辅助横梁3m制作拱脚局部模型。缩尺并在边界处局部加强后, 拱脚试验模型总长3.635m, 总宽1.26m, 总高2.69m。实桥中拱脚位置的各板件均采用Q370q D钢;拱脚局部模型中所有板件均采用16Mn钢。大部分板件的厚度严格按1:4进行缩尺, 极少部分板件按比例缩尺后因市场上没有对应厚度的钢材而适当调整。
2.2 加载方式及测点布置
为了准确的模拟实桥拱脚的应力和位移边界条件, 综合考虑模型构造的特点和试验场地的条件, 采取以下加载方式:模型的系梁端部锚固于剪力墙上, 通过液压千斤顶对拱肋端截面施加荷载。试验模型如图1。
局部模型试验共分三个加载工况:
工况1:模拟拱肋轴力最不利工况;
工况2:模拟拱肋面内弯矩 (竖向) 最不利工况;
工况3:模拟拱肋面外弯矩 (横向) 最不利工况。
各工况均采取分级加载方式, 其中:工况1最大加载到2400KN, 工况2最大加载到2200KN, 工况3最大加载到2200KN。
拱脚共布置应变片32片、应变花125片, 由DH3816和DH3818应变采集仪采集应变数据, 并直接输入计算机中。
3 有限元分析
利用大型有限元分析软件ANSYS对试验模型进行三维空间有限元分析。试验模型所有板件均采用shell63板壳单元进行模拟, 整个模型共7.8万个单元, 6.9万个节点, 每个节点6个自由度。位移和力边界条件全部模拟试验模型, 计算工况也与模型试验相同。
4 试验结果及分析
将模型试验的实测值与相同加载条件下的有限元分析值进行比较, 受力复杂区域比较第一主应力和第三主应力, 主要受拉或受压区比较主拉力或主压力。
坐标系取系梁端部为坐标原点, 顺桥向为X轴, 所有点的坐标均取在X轴上的投影值。图2-图4分别选取了3种工况下几个典型位置的计算值与实测值的应力对比曲线。
拱肋、系梁连接角点处试验结果及分析
原设计中, 拱肋和系梁上部是圆弧曲线连接, 下部是直角连接。直角连接角点处应力集中现象比较明显。模拟工况1作用下, 该处有限元分析结果, 实桥Mises等效应力为171 Mpa, 试验模型Mises等效应力为166 Mpa。工况1只是主力的最不利组合, 如果加上附加力后此处的等效应力会超过200 Mpa。
拱脚局部模型试验中, 考虑到焊缝的影响, 应变花布置在离角点内侧4cm处。模拟工况1作用下, 该处的有限元分析结果, 实桥Mises等效应力为124 Mpa, 试验模型Mises等效应力为119 Mpa;实测的Mises等效应力是120Mpa。这说明角点处的应力集中现象非常局部, 离此处4cm远的区域应力水平就下降了很多。
最后交付的施工图中, 拱肋和系梁下部连接已改成圆弧曲线, 过渡平滑。计算此处的最大Mises等效应力为80.7 Mpa, 应力集中现象得到很好的缓解。
5 结论
5.1 拱脚的有限元分析结果与模型试验吻合较好。
5.2 拱脚的受力状态比较复杂, 应力梯度较大, 一般属于非单向受力状态。
5.3 拱脚总体应力水平不高。三个主力最不利组合工况下的试验结果, 最大Mises等效应力为120.25MPa, 最大主拉应力为82.33MPa, 最大主压应力98.6 Mpa。
5.4 拱肋和系梁下部连接由直角已改成圆弧曲线, 应力集中现象得到很好的缓解。
5.5 试验结果表明拱脚受力安全, 设计合理。
摘要：以某客运专线140m钢箱系杆拱桥为背景, 制作了一个拱脚的1:4缩尺模型, 并进行了有限元分析和加载试验。将试验结果和有限元分析进行对比, 考察了拱脚的最不利应力分布情况和最不利应力值。试验表明:拱脚受力安全, 设计合理。
关键词：下承式钢箱系杆拱桥,拱脚,试验研究
参考文献
[1]徐日昶.桥梁检验[M].北京:人民交通出版社, 1989.
下承式系杆拱桥抗震性能分析 第2篇
系杆拱桥可使拱、梁共同承受荷载,从整体上节约材料;另一方面对墩台基础要求较低,由于外部静定内部超静定,它可应用于多孔结构。文中以某下承式系杆拱结构为例,进行了抗震计算与分析,该桥上部结构为一孔50 m钢筋混凝土系杆拱桥,下部结构采用柱式桥墩,基础形式为桩基础,桥面宽为30 m。系梁采用C50混凝土,拱肋采用C40混凝土。
1 动力分析模型
结构位于地震烈度8度区,地震力控制结构设计采用空间计算软件Midas civil 2006建立空间计算模型进行分析,有限元模型如图1所示。计算中采用的反应谱计算参数如下:水平地震力系数:Kh=0.2;反应谱特征周期:0.4 s;结构重要性系数:Ci=1.30;综合影响系数:Cz=0.30。
2 自振特性分析
对于一个大型的结构,并不一定需要求出所有的固有频率和振型,只需要计算起控制作用的前几阶就可以了,这样将能大大节省存储振型用的空间,同时大大节省计算时间。计算中采用了子空间迭代法进行模态分析,给出前5阶自振模态(见表1)。结构的有限元自由振动方程为:
[K]{x}=ω2[M]{x}。
其中,[K]为总刚度矩阵;[M]为总质量矩阵;{x}为振型向量;ω为圆频率。
空间迭代法可求出所需要的自振频率和相应的振型向量,计算中运用了子空间迭代法求解系统特征值低阶振型和频率。图2和图3给出了前两阶自振模态,该桥首先出现了拱肋侧向弯曲模态,说明拱肋刚度相对于桥面较弱,侧向弯曲基频为1.329 2。
3 地震反应谱分析
在我国建筑抗震设计规范中规定,对各类建筑结构在地震作用下进行结构抗震检算时,采用设计反应谱来计算地震时结构物所受到的地震力以及结构的动力反应,首先应计算出结构的前m个自振频率和相应振型,然后计算作用在结构第j振型第i个质点上的水平地震荷载标准值。为了合理地估计按抗震设计反应谱方法计算出的最大动位移、动内力或动应力,一般多用SRSS法或CQC法计算,文中采用SRSS法。
用Midas/2006有限元程序进行分析计算时,整个模型共划分为638个单元。该桥采用ANSYS/11.0进行了复核,结果表明,各主振型及相应频率与ANSYS空间模型的计算结果基本吻合。激震方向按3种方式进行计算:1)纵向激震;2)横向激震;3)竖向激震。特征值计算中考虑结构前200阶振型计算,质量分布采用一致质量法进行计算。
地震力分别计算顺桥向和横桥向的影响,地震力采用如下两种组合方式:1)顺桥向:100%纵向震动+30%横向震动+50%竖向震动组合;2)横桥向:100%横向震动+30%纵向震动+50%竖向震动组合。
各激震情况下各计算点的内力值见表2,表3。
根据动力模型有限元计算结果,本桥在地震力作用下响应值小于静力计算结果,偶然组合不作为设计的控制因素,但由于本桥位于地震烈度8度区,建议增加抗震榫,以改善结构动力性能。
4结语
桥址位于原8度地震区,动峰值加速度为0.2g。在相当于设计烈度为8度的地震力作用下,对该桥进行了多方向反应谱分析,从分析结果看,地震在桥梁结构中产生的附加内力较小,表明该结构具有良好的抗震性能,计算结果能较好的反映地震过程对结构物的影响。
参考文献
[1]吴大宏.京泸高速铁路中承式钢箱拱桥抗震分析[J].山西建筑,2007,33(10):326-327.
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[4]朱伯芳.有限单元法原理与应用[M].北京:中国水利水电出版社,2000.
客运专线下承式系杆拱桥动力学分析 第3篇
1工程概况
新建海南东环铁路DK177+920万宁2号桥为61.5 m跨度的双线下承式系杆拱桥,矢跨比f/l=1/5,拱轴线为二次抛物线,梁部划分为10个节间,除端节间长6.75 m外,其余节间6.0 m,拱肋中心距为11.1 m,净宽为10.1 m。拱肋为钢筋混凝土构件,工字形截面,高2.0 m,拱趾处加高至3.0 m;拱肋宽1.0 m。两拱肋间除第一、第二个节点为满足桥上净空要求不设横撑外,其余节点均设钢筋混凝土横撑与拱肋连接;横撑为工字形截面。吊杆采用柔性吊杆,吊杆间距6 m,为圆形截面,外径12.2 cm,其构成为GJ 15-27新型环氧喷涂整体挤压成束钢绞线,由27根ϕ15.2环氧喷涂钢绞线组成。梁横向为单箱三室,跨中梁高3.0 m,梁底宽11.7 m,梁顶宽14.8 m;梁端部加高至3.5 m。梁部纵向预应力束采用9-ϕ7钢绞线,预应力束布置在顶、底板内,其中顶板通长束28束,底板通长束58束;梁部横向预应力束采用3-ϕ5和4-ϕ5钢绞线,在顶、底板顺桥向每隔一定间距布置2层。梁部结构混凝土标号均为C55。
2有限元模型
采用ANSYS程序建立了万宁2号双线特大桥结构分析模型,下承式系杆拱桥分别采用Beam188梁单元模拟主梁、主拱肋、横撑,采用Link8杆单元模拟吊杆作用,吊杆的初张力采用设置初始应变的Link8单元加以模拟。由于主梁为箱形截面梁,其截面在ANSYS中没有相应的型号,直接采用材料力学方法计算其惯性矩很繁琐,本文基于ANSYS提出了复杂截面的箱形截面梁的导入方法,其方法可计算任意形状的箱形截面梁几何特性。
2.1基于ANSYS计算主梁截面实施步骤
2.1.1主梁截面几何模型的导入
在Auto CAD中,主梁的截面通过点—线的方式形成,保存的格式一般为dwg格式;而ANSYS可直接导入的图形格式有iges,sat等格式,不直接接受dwg格式、dxf格式图形文件的导入。可以通过第三方软件(如Msc Marc软件)将dwg/dxf格式文件转换为iges文件,这样主梁截面线形就可以直接导入ANSYS之中;在导入第三方文件之前,对图形进行缩放将截面尺寸单位统一为米。
2.1.2定义主梁截面
将外框线、内框线所围成的面积分别称为Area1,Area2,在ANSYS中应用布尔运算Area1-Area2=Area3,Area3即是所要分析的复杂箱梁截面。在将外框线和内框线围成面积时,会遇到有些点不重合而导致无法形成面积,所以需要对这些点坐标进行编辑使其重合。赋予面Area3的单元属性,包括单元类型Plane82、材料性质等,在Preprocessor>…>MeshTool内设置网格尺寸,然后转入Processor>Section中创建用户自定义截面,选择菜单Processor>Sections>Beam>Custom Sections>Write From Areas,采用鼠标左键拾起Area3,ANSYS自动生成若干个Cell,并评估网格质量且优化尺寸。操作完成后,ANSYS生成一个后缀为*.sect的截面文件,即用户自定义截面。截面文件*.sect生成后,存放在用户截面库中,ANSYS可以调入该截面,并显示截面网格和截面几何特性,图1即为主梁的截面几何特性。
2.2静力计算结果
系杆拱桥施工完毕后,结构内存在初始应力,因此需先进行预应力分析,即在施加自重荷载作用及吊杆预应力作用下结构的静力学分析。在自重荷载作用下拱桥最大竖向位移值为3.56 cm(向下),位于主梁的跨中位置。
3动力学特性分析
对于具有预应力结构的动力学特性分析,其基本过程和一般模态分析基本一致,其基本过程及注意事项如下:1)打开预应力效应获得静力解:建模与其他分析相同,求解前需要打开预应力效应(命令PSTRES,ON),然后获得静力解。2)重新进入求解器并获得模态分析解:重新进入求解器,再用一次PSTRES,ON打开预应力效应,定义模态提取方法和阶数。3)进入后处理器查看结果。按照上述步骤对该系杆拱桥进行了预应力效应的模态分析,分析结果如图2所示。从图2可以看出,系杆拱桥的前2阶振型为侧弯振型,竖弯振型晚于侧弯振型出现,表明该系杆拱桥的侧向刚度要弱于竖向刚度,因此该桥的侧向稳定性较纵向稳定性突出。
4屈曲分析
对于具有预应力结构的屈曲荷载分析,必须激活预应力效应,采用命令PSTRES设定为ON,后面再进行特征值屈曲分析。系杆拱桥的计算屈曲模态如图3所示。从图3可以看出:系杆拱桥的第1阶屈曲模态为一阶反对称侧弯,第2阶屈曲模态为一阶对称侧弯,因此该桥的侧向稳定性比较突出。
5结语
采用ANSYS程序建立了客运专线系杆拱桥动力学特性分析精细有限元模型,通过自定义截面方法生成了复杂的箱梁截面,进行了预应力效应的模态分析和屈曲荷载分析,分析结果指出:系杆拱桥的前2阶振型为侧弯振型,竖弯振型晚于侧弯振型出现,表明该系杆拱桥的侧向刚度要弱于竖向刚度,因此该桥的侧向稳定性较纵向稳定性突出。
参考文献
[1]李福万.下承式拱桥抗震性能分析[J].山西建筑,2008,34(21):296-297.
[2]刘苗,王起才.中承式钢筋混凝土拱桥自振特性分析与动力荷载试验[J].城市道桥与防洪,2010(5):48-50.
[3]徐贤昭,董继恩,王欣南.石佛沟特大桥抗震特性探讨[J].中外公路,2010(5):200-203.
[4]杜思义,陈淮,王宝聚.某下承式钢管混凝土拱桥抗震分析[J].郑州大学学报,2007,39(3):158-161.
下承式异形系杆钢拱桥抗震性能分析 第4篇
1 工程概况
某桥梁总长为155.10m,桥梁宽度42.5m,主桥为92m大跨度下承式异形系杆钢拱桥,主梁采用全焊钢箱梁,系杆采用扁平钢箱梁结构,引桥采用30m预应力混凝土简支箱梁,全桥配跨为(30+92+30) m。桥面宽度布置:2.0m (人行道)+3.5m (非机动车道)+2.5m (机非分隔带)+10.75m (机动车道)+5.0m (中央分隔带)+10.75m (机动车道)+2.5m (机非分隔带)+3.5m (非机动车道)+2.0m (人行道)=42.5m。主桥设置为三片钢管拱,主拱设在中间,以1、2号中墩支座中点的连线作为主拱轴线水平投影,计算跨径为89.93m,矢高为18m,拱轴线为二次抛物线,主拱断面为圆形钢管。边拱设在主拱两侧,以主拱中心线为对称中心线,竖向矢高23m,横向矢高为11.86m,边拱与主拱在竖向夹角为27.270°,边拱断面也为圆形钢管,主拱、边拱拱肋在拱脚处与钢箱梁焊接成整体。吊杆均采用钢绞线整束挤压叉耳式吊杆,吊杆成品索采用1860级环氧喷涂无粘结钢绞线缠包后外挤PE制成,采用工厂生产,现场安装,吊杆在下端通过叉耳与钢箱梁的耳板连接。为增加主拱和边拱的稳定性,在主拱和边拱之间径向布置横撑和斜撑,在道路中心线处间距为5m,并与吊杆位置相对应。桥台采用重力式桥台,下部采用钢筋混凝土实心墩,中间和两侧桥墩桩基分别采用6根和2根直径150cm的钻孔灌注桩。
2 结构动力分析
2.1 动力计算模型
利用Midas Civil软件对桥梁建立有限元模型,考虑到异形系杆钢拱桥的结构比较复杂,有限元建模不可能与现实情况完全一致,为准确模拟实际结构,只能通过合理假定最大限度的接近真实情况。本模型共41768个节点,单元57658个,其中圆形钢管混凝土拱肋、连接两拱肋的横撑、系梁均采用梁单元模拟,吊杆采用桁架单元模拟,对钢箱梁则采用板桥单元模拟。全桥建模情况如图1所示。
2.2 动力特性分析
为更好地对大跨度拱桥的地震反应和抗震设计进行研究,分析其动力特性十分重要,而固有频率和振型是其最基本的动力特性。根据动力特性方程求解原理,运用多重Rite向量法对空间有限元模型进行动力特性分析。表1为前六阶振型的频率、周期及振型特征。
一般来说,大跨度拱桥的前几阶振型的振动特性比较简单,而高阶振型的比较复杂,与结构形式、支撑连接条件有关。图2为前六阶振型图。
从表1和图2可看出,该桥的前六阶振型较少出现振型耦合,振型较单一。第1阶频率1.528712Hz,而一般的单孔钢拱桥的基频约为2.5～5.3Hz,柔性桥为0.2Hz,说明该桥整体结构刚度不大,属于中等柔性结构;第1阶振动模态为钢箱梁横向扭转,第2阶和3阶振动模态为钢箱梁竖向振动,其频率差别不大,说明钢箱梁竖向刚度不大,第1阶和第3阶振动频率相差较大,说明桥梁横向刚度小于纵向刚度,第4阶和第5阶振动模态为拱肋侧向振动,其频率相差较大,说明拱肋刚度较大,第6阶振动模态为跨中横撑振动,说明横撑增加了主拱和边拱的稳定性,增大了该桥整体横向刚度。在高阶振型中出现耦合现象,振型比较复杂,响应剧烈。
(a)第一阶阵型:(b)第二阶阵型;(c)第三阶阵型;(d)第四阶阵型;(e)第五阶阵型:(f)第六阶阵型
3 地震反应分析
该桥梁的抗震设防类别为B类,所处场地类别为I类,设防烈度7级,基本振动加速度0.10g,特征周期0.35s,结构阻尼比0.03。从表1可知,第一阶振型频率为1.528712Hz,因此在地震反应分析时,选用的时间为较短周期成分即可。现实中地震作用方向具有不可预测性,因此此次通过时程分析法,只模拟横桥向和顺桥向两个方向上的地震作用,分析全桥各部位的位移响应和应力响应。
3.1 位移响应
通过模型分析,得出在不同方向地震作用下桥梁最大位移响应见表2所示。
从上述表格可以看出,在不同方向的地震作用下,桥梁各方向的最大位移响应也不同,在顺桥向地震作用下总位移3.75mm,其中竖向位移为2.97mm,是主要位移,而在横桥向地震作用下,总位移11.78mm,其中横向位移为11.66mm,是主要位移。横桥向地震下的位移响应最大值大于顺桥向地震作用下的位移响应,说明桥梁的纵向刚度大于横向刚度,这与动态特性分析得出的结论相同。
3.2 应力响应
通过模型分析,得出在不同方向地震作用下桥梁各构件最大应力响应见表3所示。
通过数据可看出,在不同方向的地震作用下,桥梁的各构件的最大应力响应也不同。在顺桥向地震作用下,横梁应力响应大于系杆,因此主要提供抗力的是横梁;在横桥向地震作用下,系杆的应力响应大于横梁,因此主要提供抗力的是系杆。主拱是拱桥的主要承重结构,因此无论顺桥向还是横桥向的地震作用,应力响应都比较大,横撑增大拱肋横向稳定性,当主拱肋间位移增大时,横撑的应力也增大,在顺桥向地震作用下的拱肋间位移比横桥向的大,因此相应的应力也较大。
在结构自重、车辆荷载和地震作用下,最大的地震加速度不大于0.10g时,桥梁结构是安全的。由于在模型建立时,未考虑土体与桥墩的变形作用,忽略了土体的非弹性行为,全桥拱脚采用的是固结模拟,因此使得桥梁对地震作用的位移响应偏小而应力响应偏大。
4 结束语
随着人们对桥梁审美的改变,越来越多的桥型优美、结构复杂的桥梁将会出现在我们的城市中,这些桥梁的抗震性能是设计中的重要环节,本文利用Midas Civil软件,对结构形势复杂的下承式异形钢拱桥建立有限元模型,模拟在不同方向的地震作用下桥梁各构件的响应特征,得出该桥的纵向刚度大于横向刚度以及最大地震加速度不大于0.10g时,桥梁结构安全等结论,可供本桥型或相近桥型的抗震研究提供参考,使我国的桥梁事业日新月异。
摘要：近年来,钢拱桥凭借着自身的独特优点越来越被人们所应用,随着人们对桥梁美学追求的不断提高,拱肋外倾的拱桥也就随之产生,但其结构构造比较复杂,因此地震反应也比较复杂。通过对某下承式异形系杆钢拱桥为例,利用Midas Civil程序建立有限元模型,研究其动态特性以及在横向和纵向地震作用下的抗震性能。
关键词：钢拱桥,动态特性,抗震性能
参考文献
[1]陈宝春.钢管混凝土拱桥设计与施工[M].北京:人民交通出版社,1999.
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[5]范立,胡世德,叶爱君.大跨度桥梁抗震设计[M].北京:人民交通出版社,2001.
下承式钢箱系杆拱桥 第5篇
拱桥是我国桥梁建设中常用的桥型。当地质条件较差时,往往以系杆平衡拱的水平推力,以降低对墩台与基础的要求。随着钢管混凝土材料的发展,下承式刚性系杆钢管混凝土拱桥在我国得到了大量应用,据不完全统计,从1993年至2005年,我国几乎每年都有多座下承式刚性系杆钢管混凝土拱桥建成,尤其是在城市、平原和软弱地基桥位的桥梁[1]。目前,比较具有代表性的下承式刚性系杆钢管混凝土拱桥有主跨100 m的河南郑州黄河二桥、主跨190 m杭州钱江复兴大桥等,跨度最大是2005年建成的河南蒲山大桥,主跨225 m[2]。
在对已建成的众多拱桥调查中发现,拱座开裂是一个常见的问题。施工养护措施不合理、外界温度变化太大、下部结构不均匀沉降等均为拱桥拱座开裂的主要原因[3,4,5]。对于大部分钢管混凝土拱桥,拱座一旦出现较大裂缝,拱肋的形态将会发生较大变化,造成拱肋的几何初始缺陷增大,这将对结构的极限承载力造成很大的影响[6]。特别地,下承式刚性系杆钢管混凝土拱桥的拱座处配筋复杂,且锚固了端横梁和系梁的预应力筋,拱座开裂后若未及时修复,受外界因素的长时间作用,容易引起拱座内部钢筋的锈蚀以及系梁预应力的损失,对桥梁的安全性和耐久性造成不利的影响。
下承式刚性系杆钢管混凝土拱桥为无推力的拱梁组合体系结构。拱座处,拱肋、刚性系杆、端横梁固结,拱座处受力和构造复杂,因此拱座结点设计为此类桥型设计中一个关键问题。现阶段关于拱座结点的研究主要集中于成桥后拱座结点的局部应力分析,以校核成桥后拱座混凝土是否会开裂,并通过相关的构造措施改善拱座的抗裂性能[7,8,9]。然而,下承式刚性系杆钢管混凝土拱桥为外部静定的简支形式,与简支梁梁端转角在运营过程中不断变化类似,在桥梁正常运营过程中,下承式刚性系杆钢管混凝土拱桥拱座也存在不断变化的微小自由转动。该类拱桥的上部结构为内部超静定结构[10],拱座微小自由转动很可能对拱肋、刚性系杆的内力分布存在较大影响,使得拱座处的应力出现设计时未能考虑到的分布形式,则拱座微小转动则很可能会加剧拱座混凝土开裂。
基于下承式刚性系杆钢管混凝土拱桥的结构特点,以实际工程为背景,分析了拱座微小自由转动对于拱桥结构内力的影响,进而探讨了拱座的微小自由转动是否是促使拱座开裂的又一个重要因素。
1 工程概况
某下承式钢管混凝土刚性系杆拱桥位于南阳市规划的城市道路光武路上,主拱肋采用钢管混凝土空间桁架式结构,拱轴线采用二次抛物线,计算跨径为180 m,计算矢高36 m,矢跨比H/L=1/5。主桥桥型总体布置图(如图1)。单片拱肋高4.5 m,宽3.0 m,拱肋中靠近拱座的I、II节段四根主弦杆采用ϕ12022 mm钢管,其余节段四根主弦杆采用ϕ12022 mm钢管,主弦杆内灌注微张或无收缩C55混凝土;两上弦杆间及两弦杆间平联杆采用ϕ63014 mm钢管,管内灌注微膨胀或无收缩C55混凝土;腹杆采用ϕ66012 mm的空钢管,共同组成四肢空间桁架结构。
刚性系杆采用预应力混凝土箱梁单箱单室结构,其尺寸为(宽高)为2.5 m3.5 m,其壁厚为0.3 m,如图2所示。吊杆采用单吊杆布置,顺桥间距为8 m,拉索由121根ϕ7镀锌高强低松弛预应力钢丝组成,标准强度为fpk=1 670 MPa;单吊杆布置,顺桥间距为8 m。系杆横梁采用预应力混凝土“T”形梁,高2.5 m,上翼缘宽0.8 m,肋板宽0.4 m。端横梁为预应力钢筋混凝土箱形截面,其截面尺寸(宽高)为4.5 m4.35 m,腹板和顶板厚为1.0 m。拱座、拱肋截面及刚性系杆截面的相关示意图(见图2)。
2 分析模型
在分析中,基于成桥状态建立有限元模型。拱肋截面是四肢钢管截面,若单肢钢管混凝土拱肋均以梁单元模拟,此种形式会把弯矩转化为每肢钢管混凝土的轴力,不易观察拱脚处拱肋总体弯矩变化,因此,以全截面四肢钢管混凝土作为拱肋梁单元截面,并以双单元模拟,即钢管混凝土中的钢管与混凝土分别用不同的单元来模拟,保证节点坐标相同,并耦合自由度,以方便考虑混凝土收缩徐变[11]。
系杆、吊杆横梁、端横梁以空间梁单元模拟、吊杆以空间桁架单元模拟。拱座为钢筋混凝土实体构件,刚度大,使用质量单元进行模拟,并以主从关系模拟拱座与拱肋、系杆的连接。拱座约束为简支。以大型有限元分析软件MIDAS/CIVIL为分析工具,在模型中依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D622004)[12]中相关规定考虑了拱肋管内混凝土以及系杆的收缩徐变、以及预应力钢筋的松弛。分析中收缩徐变、预应力松弛时以一年(365 d)为基准。全桥模型(见图3)
3 拱脚微小转动引起内力分析
下承式刚性系杆钢管混凝土拱桥的拱座处,拱肋、刚性系杆、端横梁固结。拱脚微小转动引起拱座处内力分布变化程度可通过拱脚微小转动引起的拱肋、刚性系杆内力的变化观察,因为拱肋、刚性系杆端头的弯矩、剪力、轴力即为作用在拱座的弯矩、剪力、轴力。
分析拱脚微小转动引起拱座处内力分布变化程度,以恒载作用下,即考虑重力、预加力(计入预应力损失)、弹性压缩、收缩徐变,的两种工况下静力分析实现。两种工况分别为:(1)拱座发生微小转动;(2)拱座转角为零。其中,拱座发生微小转动的工况以拱座简支,即允许自由转动实现;拱座转角为零的工况,以约束拱座节点转动自由度实现。
拱肋、刚性系杆主要截面内力结果对(见图4)。其中,横坐标为截面位置,纵坐标为相应内力值。由于结构的对称性,仅给出单片拱肋与其刚性系杆的结果。关键截面内力以及相关位移求解结果(见表1)。内力正负号规定为:弯矩指向面外为负,指向面内为正;轴力压为负,拉为正; 剪力绕构件逆时针为负,顺时针为正。
由图4和表1可以看出:
(1)拱座转动的幅度非常小,仅为0.018 038°;
(2)由图4给出的内力对比结果可以看出,拱座不允许自由转动时,与拱座允许转动的情况相比,拱肋和刚性系杆上的关键截面的弯矩分布有很大差异,如图4(a)和图4(d)所示;但拱肋和系杆的轴力分布改变的不是很明显,如图4(b)和图4(e)所示。其中, 拱脚截面和系杆端头截面的弯矩变化极为显著,由表1可以看出,系杆端头分别为-4 341.88 kNm与-8 678.21 kNm, 拱脚分别为173.42 kNm 与-10 296.7 kNm;这表明,系杆端头截面的弯矩以及拱脚截面的弯矩对拱座微小的转动很敏感。
(3)拱座不允许自由转动时,与拱座允许转动相比,拱肋和系杆的轴力以及系杆端头的水平向位移都变化很小,均不到5%。
通过本节的分析可知,拱座自由转角的微小变化(允许转动时拱脚的自由转角仅为0.018 038°)就带来桥梁拱肋、系杆弯矩内力明显的变化,其中,拱肋拱脚截面和系杆端头截面的弯矩改变尤为显著系杆端头弯矩为拱座转角为零时两倍左右、拱脚截面的弯矩变成了反方向,且数值变化巨大。拱肋、刚性系杆端头的弯矩、剪力、轴力即为作用在拱座的弯矩、剪力、轴力,由此可知,拱座微小的转动,会使作用在拱脚上的弯矩发生大幅度的改变,即对拱座的自由转角的微小变化敏感,这主要是由于下承式钢管混凝土刚性系杆拱桥为内部超静定体系所致。
在实际工程,拱脚结点受力的复杂性与构造复杂性及几何形状的不规则,使得从理论上求解结点内的应力分布显得非常困难。因此,一般采用实验和有限元分析相结合的办法, 定性地找到结点内的应力分布状况,再据此进行偏安全地采取加强构造措施[13],而并未考虑拱座转动的影响。而在现实的桥梁中,施工初始安装、运营期间的重车过桥、桥头伸缩缝等均很可能带来拱座设计中未能考虑到的微小的自由转动,而此微小的自由转动带来的拱肋、系杆端头弯矩的巨大变化很可能造成拱座中受较大拉应力的区域配筋不足,从而导致拱座混凝土出现较大的裂缝。因此,此类拱桥拱座容易开裂的一个重要原因,很可能是由于作用在拱脚的弯矩对拱座微小自由转动很敏感。
4 结论
以姚湾东南公路桥为工程背景,探讨了刚性系杆钢管混凝土拱桥拱座微小转动对于此类拱桥拱脚处各构件内力的影响,由分析可知:拱座的微小自由转动会造成拱脚截面、系杆端头截面等关键截面弯矩很大改变,既拱座受力的巨大改变。在现实的桥梁中施工初始安装、运营期间的重车过桥,尤其是过桥头伸缩缝时的冲击作用等均有可能带来拱座设计中未能考虑到的微小的自由转动。拱座受力对此微小转动的敏感性,很可能是下承式钢管混凝土刚性系杆拱桥拱座开裂的重要因素之一。
后续研究需要对拱座微小自由转动所引起的拱座应力的变化规律进行分析,以便在进行下承式刚性系杆钢管混凝土拱桥拱座设计时充分考虑拱座转动带来的不利影响,使得拱座的设计更加安全可靠。
下承式钢箱系杆拱桥 第6篇
车-桥耦合振动，一直以来是广大公路及铁路科研者研究的一个重要方向，它直接影响着车辆行驶的安全性、舒适性及桥梁建设的稳定性。车-桥耦合振动系统结构复杂，多年来人们从多刚体动力学角度对其进行了较全面的研究并取得了一定的发展。移动荷载在钢管混凝土系杆拱桥上行驶时动力响应以及桥上车辆的行驶安全性和平稳性是设计中必须要解决的问题。对于泰兴滨江大桥这样一座跨河大桥，很容易受到冲击荷载的激励而产生强烈的振动，影响桥梁结构和运行车辆的安全。因此，对钢管混凝土系杆拱桥的冲击系数研究，是一项非常重要的研究课题。同时，对于移动荷载作用下的大跨度钢管混凝土系杆拱桥车桥动力响应研究也具有重要的实际意义。本文将有限单元法及模态综合技术引入到车-桥耦合模型中并进行数值研究，具体工作包括以下几个方面。
1)推导了各种不同车辆模型的振动方程（移动弹簧质量车模型、四分之一车模型、二分之一车模型、整车模型）。
2)根据国家标准GB7031—86《车辆振动输入路面平度表示方法》建议的路面功率谱密度，采用三角级数叠加法和快速傅立叶逆变换法模拟路面不平顺；根据实测的桥面不平度数据确定桥面等级，为数值模拟提供依据。
3)将有限单元法及模态综合技术引入到车桥耦合模型中来，推导车桥耦合振动方程，利用模态综合叠加法并结合Newmark-β数值积分法进行迭代求解。
4)以泰兴滨江大桥的主跨为工程背景，建立桥梁有限元模型，分析了桥梁自振特性。研究了四分之一车模型作用下大跨度钢管混凝土系杆拱桥的动力响应。
5)总结了冲击系数的多种影响因素，对比研究了各国规范对冲击系数的规定，以泰兴滨江大桥为研究背景，着重研究了冲击系数的各个影响因素。
2 车辆模型
本文将采用四分之一车辆车桥耦合振动模型，理由如下：
2.1 计算过程简单
采用1/4车模型，ANSYS的计算过程的处理要简单很多，输出的节点数目少。在matlab里面，车模型的处理简单许多，插值的处理简单有效，计算求解过程的效率也高很多。
2.2 结果偏安全
根据相关的文献[2]的结果，1/2车模型和整车的模型的结果要相对平顺一些。也就是说1/4车模型的结果，相对于其他两个要大一些。鉴于实际的情况往往比较复杂，车辆的参数选取也不可能做到完全准确。所以，采用1/4的车模型，是一种偏安全的方案。
2.3 结果基本准确
根据相关文献的比较的结果，1/2车模型和1/4车模型的结果是基本吻合的。
从物理模型来讲，1/4模型相对于1/2模型和整车模型来说，是一种整体的平均的效果。虽然对于车来讲，结果有很大误差，但是从车对桥梁的总体作用效果看，以桥梁为研究对象，误差不会很明显。
从结果汇总的文件中，边车道和中间车道的比较来看，两者差别较大。说明桥梁的宽度方向左右两边的高低张动的模态，影响比较明显。而对于这样的模态，1/4车模型可以达到比较好的平均效果。
3 工程概况
泰兴滨江大桥位于江苏省泰兴经济开发区北侧，西邻长江，横跨如泰运河入江口。主桥为三跨连续下承式钢管混凝土系杆拱桥，计算跨径为48 m+72 m+48m，北引桥为13m+13m+13m钢筋混凝土简支梁（桥面连续），南引桥为单孔13m钢筋混凝土简支梁，桥梁总长为223.77m（含台背）。三跨连续下承式系杆拱的中垮矢跨比1誜4.5，计算跨径为72m，矢高为16m。
4 ANSYS模型
4.1 模型单元划分
根据泰兴滨江大桥的结构特点，中跨为最大跨径，本次研究以中跨为例，建立系杆拱桥的动力有限元模型，进行车桥耦合振动响应分析及冲击系数研究。在实际分析过程中，参考CECS28—90《钢管混凝土结构设计与施工规程》，采用如下假设：(1)钢管和混凝土之间黏结较好，没有相对的滑移和变形；(2)截面面积和形状在变形前后不发生变化；(3)忽略剪应力和剪应变对钢材屈服的影响；(4)拱脚处理成固结。根据钢管混凝土系杆拱桥各部分的受力特点，本次采用ANSYS建立系杆拱桥有限元模型时，运用shell63板单元模拟桥面铺装层，桥面铺装层沿行车道方向每0.2m一个节点，横向每0.8m一个节点；钢管混凝土拱肋，采用beam4梁单元模拟，每4m一个节点；吊杆采用Link8单元模拟，每米一个节点；桥面系预制空心板分成顶板、底板和腹板，分别采用shell63单元模拟，系杆拱桥整体有限元模型见图1。
本桥在设计时未加横撑，拱肋为接近椭圆的结构，由于采用的是beam4单元，显示的只有一根没有厚度和宽度的线，为了显示其体积，只能显示出长方体的效果。
4.2 拱肋的处理
拱肋内部的混凝土部分和外部的钢管部分，分别采用不同的单元来处理，单元类型选用beam4，两种单元重叠共节点；拱肋局部有限元模型如图2所示。
4.3 桥身的处理
桥面系的预制空心板的顶板、底板及腹板，均采用壳单元来处理，桥两侧的部分，采用少量的实体单元。桥面铺装层采用shell63壳单元来模拟。
4.4 吊杆及系杆部分的处理
吊杆采用link8单元，桥身的系杆采用的是beam4单元，吊杆吊在横梁上，系杆和桥身的部分共用节点连接。
4.5 约束处理
左边桥墩约束全部自由度，右边桥墩约束竖直方向自由度。拱的两个拱脚全约束。
5 钢管混凝土系杆拱车桥耦合振动响应分析
5.1 静动挠度曲线
目前高速公路上行驶的汽车车速均在50km/h～120km/h（也即13.89m/s～33.33m/s），桥梁结构的阻尼比在0.02～0.05之间，为使本次研究更具有代表性，本节的钢管混凝土系杆拱的振动响应取车辆按30m/s的速度匀速行驶在B级路面上，桥梁结构阻尼比取0.05。单车荷载行驶在系杆拱桥的中跨，在中跨中点的静、动挠度曲线如图3所示。
从图3可以看出，跨中最大静挠度为0.1995mm，动挠度始终围绕着静挠度上下波动。远离研究点位的车辆荷载对该点的振动响应影响较小。
5.2 钢管混凝土拱车桥耦合振动响应影响因素分析
1）车速
不同车速与其他众多因素交织在一起对桥梁冲击系数产生影响，为了单独研究车速对桥梁振动响应的影响，取阻尼比0.05,B级路面的情况下，不同车速时候的冲击系数的变化进行研究。图4为单车荷载分别以10m/s、20m/s、30m/s、40m/s的速度行驶在B级路面上，跨中位置的振动响应随车速变化的曲线。图4为不同车速作用下，跨中最大动挠度响应曲线。可以看出，当车速较小时，冲击系数随车速波动较小；随着车速的增大，冲击系数随车速波动较大。
2）不同的路况
路面不平度具有很大的随机性，目前研究路面平整度时，一般均将其看做平稳的高斯过程，采用路面功率谱对其进行描述。数值模拟路面不平度时主要有三角级数叠加法、快速傅里叶逆变换法、白噪声法等。因而，即使采用同一路况，不同方法得到的路面不平度也依然存在很大的随机性，这就是说，决定路面不平顺对冲击系数的影响实际上是一个不确定的因素。图5为采用三角级数法模拟路面不平顺时，单车荷载以30m/s的速度行驶在系杆拱桥上的跨中动挠度随路面状况波动曲线；图5为不同路况作用下，跨中最大动挠度曲线。
从图5中可以看出，相同车速下，路面状况越差，动挠度围绕静挠度上下波动的幅度越大，最大动挠度随路况的恶化而增大。
3）阻尼比
图6为单车荷载以30m/s的速度行驶在B级路面上时，桥梁结构选取不同阻尼比时，跨中动挠度随荷载位置的变化曲线；图6为对应的最大动挠度随结构阻尼比变化曲线。
从图6可以看出，结构阻尼的大小对车桥耦合振动响应的效果不明显，从而得出结论，阻尼的高低对下承式钢筋混凝土系杆拱桥影响微弱。
4）不同作用点处的动挠度随荷载作用位置变化曲线
为研究拱桥不同点处的动挠度随荷载作用位置的变化情况，同样选取阻尼比为0.05，车速为30m/s,B级路面作用下，拱桥20m,28m,36m,44m,52m,60m各点处的振动响应。图7为各点的动挠度时程变化曲线。
从图7可以看出，动挠度并不随荷载靠近跨中而变大，而不同点处和动挠度的时程变化曲线随荷载靠近跨中而有变大趋势。
5）行车道位置比较
车辆按照不同的行车道位置行驶时，对桥梁各点的动、静挠度的影响是不同的。为了研究行车道位置对车桥耦合振动响应的影响，本节分别研究车辆按边车道和中间车道两种路线以30m/s的速度行驶在B级路面上时，桥梁跨中位置的动挠度曲线见图8。
从图8可以看出，边行车道位置处，由于靠近吊杆，动挠度较中间行车道处的静挠度小；车辆对边行车的冲击效应远小于对中间行车道的冲击效应。说明车辆的横向布置位置，对冲击系数的影响较大。与梁式桥不同，本次的钢管混凝土系杆拱桥的车桥耦合作用最不利位置在中间行车道位置。
5.3 钢管混凝土拱桥冲击系数的影响因素分析
为了研究钢管混凝土系杆拱桥的各因素对冲击系数影响，以单车荷载按中间行车道位置匀速行驶在不同路面时，对桥梁振动的响应，分析各因素对冲击系数的影响。桥梁的结构阻尼比均取0.05。
1）车速
表1为车辆以不同速度行驶在B级路面上，跨中位置的最大动挠度响应及冲击系数。
从表1中可以看出，当车速较小时，冲击系数随车速波动较小；随着车速的增大，冲击系数随车速波动较大。
2）路面状况
表2为车辆以30m/s的速度分别行驶在A级、B级、C级路面上，跨中位置的最大动挠度响应及冲击系数。
从表2中可以看出，在相同车速下，冲击系数随路面不平顺度的增加而增大；路面越不平顺，冲击系数越大。
3）桥梁结构阻尼比
表3为车辆以30m/s的速度行驶在B级路上，桥梁取不同的结构阻尼比时，跨中位置的最大动挠度响应及冲击系数。
从表3中可以看出，结构阻尼的大小对车桥耦合振动响应的效果不如梁桥不明显，阻尼比的高低对下承式钢管混凝土系杆拱桥的车桥耦合振动影响微弱。
6 结语
本文以泰兴滨江大桥（下承式钢管混凝土系杆拱桥）为研究对象，对该桥结构进行离散，建立有限元模型，分析其结构动力特性；以四分之一车模型为简化的车辆模型，推导了车桥耦合振动方程并开发求解程序，研究了影响系杆拱桥的车致振动响应的影响因素，并对影响冲击系数的因素进行分析，可以得出以下结论：
1）钢管混凝土系杆拱桥动力特性方面：该桥的钢管拱肋在设计时未加横撑，导致第一阶模态和第二阶模态均为拱肋的面外振动，结构自振基频降低，拱肋顶部的横撑对拱肋稳定性影响非常大。该系杆拱桥的各阶振型形态单一，前五阶振型均未出现各方向的耦合振动。该系杆拱桥的桥面系首先出现的是与拱肋一致的竖向对称振动，因而在研究车辆对该系杆拱桥的桥面系冲击效应的影响时，可只分析车辆对竖向振动的冲击效应。
2）钢管混凝土拱桥车致振动响应：与梁式桥不同，桥梁结构阻尼的高低对钢管拱桥影响微弱；桥面沿行车方向不同点处静挠度时程变化曲线并不随荷载靠近跨中而变大，不同点处和动挠度的时程变化曲线随荷载靠近跨中而有变大趋势。
3）钢管混凝土拱桥冲击系数影响因素：与梁式桥不同，中间车道的冲击系数大于边车道的冲击系数；在相同车速下，冲击系数随路面不平顺度的增加而增大，路面越不平顺，冲击系数越大；当车速较小时，冲击系数随车速波动较小；随着车速的增大，冲击系数随车速波动较大。
4）分析了影响冲击系数的多种因素，对比了各国冲击系数规定的差异。我国04《桥规》的冲击系数基本满足B级路面下的数值模拟冲击系数的要求。
摘要：以泰兴滨江大桥为例,根据下承式钢管混凝土系杆拱桥的结构特点,采用大型通用有限元软件ANSYS对该桥进行有限元离散。采用梁单元beam4模拟钢管混凝土拱肋(内部混凝土及外部钢管)、系杆及横梁等构件,用杆单元link8模拟吊杆,用壳单元shell63模拟桥面铺装层,用实体单元solid45模拟桥面系的预制空心板部分,建立了系杆拱桥的空间计算的有限元模型,进行模态分析,得到各阶自振频率及振型。建立四分之一车辆模型作用下的拱桥车桥耦合振动模型,并利用MATLAB语言编制程序,分析了移动车辆荷载作用下下承式钢管混凝土系杆拱桥的响应,系统地得到了该桥在不同车速,不同车道,不同阻尼,不同路况的振动响应等力学性能。本文所得出的主要结论和有关研究成果可为大跨度钢管混凝土系杆拱桥设计时的冲击系数取值,研究车辆对系杆拱桥的冲击性能和后期桥梁养护确定荷载效应分析提供参考。
下承式钢箱系杆拱桥 第7篇
东杨林塘桥主桥上部结构为80m下承式钢管混凝土提篮拱。主桥承重构件拱肋及系杆, 设二榀分列。系杆间净距8.3m, 拱肋向内倾斜8°角, 面内拱轴线方程y=4fx (L-x) /L2, 矢跨比f/L=1/5.5, 跨径L=80m, 矢高f=14.545m。系杆采用单箱型截面, 外立面与拱肋平行以利美观。拱肋采用哑铃型双圆管截面, 管内填充C40微膨胀混凝土。吊杆采用OVMLZM吊杆系统及OVMXG系杆系统, 全桥共计26根吊杆。
二、施工重难点分析
(1) 拱脚施工。拱脚位于拱肋、系杆、端横梁三者节点处。对主桥的拱脚施工, 一则拱脚内钢筋布排密集, 系杆及端横梁预应力孔道穿越其中, 拱脚内还有钢管拱肋及劲性骨架的预埋段;二则钢管拱肋预埋段的准确性是保证其在安装过程中达到设计拱轴线的首要及关键环节, 拱脚一经完成施工就已经确定本系杆拱拱轴线在空间的具体位置, 不可再行调整。
(2) 钢管拱肋混凝土的制备与灌注。混凝土制备应优化配合比, 在确保设计强度的前提下使混凝土具有较好的流动性等;混凝土的泵送顶升应确定合理的灌注顺序, 同时应确保管内混凝土灌注的密实性, 使成形后的拱肋中钢管与混凝土共同参与受力。
三、施工工艺
3.1施工支架
主桥拱脚、系梁施工, 系梁下地基清表后直接碾压密实, 压实度应保证大于90%, 5%灰土回填至与碾压后的原地基齐平后, 再铺筑50cm5%灰土, 再铺设30cm三合土, 用压路机碾压后浇筑15cm厚C20混凝土地坪。拱脚、系梁采用满布支架法现浇, 支架采用碗扣钢管支架。支架主要由竖向承重立杆等组成, 施工荷载主要由立杆承受, 立杆轴向承载力则由横杆步距 (竖向间距) 确定。
支架纵横向均须设剪力斜撑, 斜撑采用钢管, 其规格不低于支架钢管。支架搭设前, 对需要搭设支架的地基要首先进行预压, 稳定持荷48h以上, 尽可能消除地基土的变形。支架搭设完成后, 应按照混凝土浇筑荷载的120%预压, 以尽可能消除支架的非弹性变形, 准确测定支架系统的弹性变形。支架预压采用堆码沙袋法并按新浇混凝土荷载的60%、100%、120%的梯度分级加载, 每级持荷约1h, 加载至120%后则需稳定持荷48h以上, 在分级加载荷载中进行分级测量, 作好记录。
3.2钢管拱肋定位
拱肋分5节安装, 拱脚预埋段为2节, 其余3节进行现场拼装对接。
首先安装的拱脚预埋段在浇筑拱脚砼之前进行安装定位, 拱脚预埋管安装采用空间三维坐标控制, 钢管在空中骨架内, 拱座空间小, 测量控制点测设困难, 精度要求高。施工放样时, 采用三点控制预埋管空间位置, 在钢管拱节段加工时, 对钢板上口中心、拱脚节段上口截面象限点进行精确定位和制作, 然后根据象限点用线锤进行法兰截面中心分中并定点。安装时采用全站仪对钢板上口中心、拱脚节段上端象限点和法兰中心点这三个点进行精确放样。拱脚预埋钢管与相邻钢筋进行点焊, 并采用6道δ=10mm厚、宽10cm钢带将拱脚钢管固定。
拱肋安装时, 为便于两节段拱肋对接, 合龙段预留8mm~10mm间隙, 在两段钢管各自端头周边外侧焊接临时螺栓连接钢板, 在临时连接后进行初焊, 待全拱成形后再终焊, 并除去连接钢板。
3.3拱肋吊装施工
待拱肋架设后, 将拼装成段的钢管拱运到起吊位置上, 全桥拱肋重为91.625t。中间拱肋A节段长为26m, 重14.85t;单侧拱肋B节段长为22.891m, 重13.2t。从两侧进行起吊, 拱肋拼装用两艘80t浮吊船将钢管拱分节吊装至拱架上焊接成拱, 并按从拱脚到拱顶的顺序 (即B→A) , 同时对称吊装焊接成型。合龙时选择合龙温度宜在14℃~20℃之间。钢管接头焊接前可采取临时刚性固定, 以避免焊接时接头间发生相对位移。待全桥拱肋全部拼装完毕后, 再进行拼装两拱肋间横向支撑。
3.4钢管拱肋混凝土压注
主桥钢管拱肋内灌注C40微膨胀混凝土, 根据《公路桥涵施工技术规范》中有关规定, 灌注混凝土要求具有低泡、大流动性、收缩补偿、延后初凝和早强的性能, 同时根据经验混凝土配制强度应比设计强度提高10%~15%。
拱肋砼泵送顺序, 先压注拱肋下弦管, 再压注拱肋上弦管, 最后压注中间部分。
对左右两侧 (或称为上下游) 钢管拱肋的灌注顺序, 一般应符合对称灌注的原则, 对本桥采用左侧下弦管→右侧下弦管→左侧上弦管→右侧上弦管, 左侧中间部分, 右侧中间部分的先后顺序。严格执行对称加载的原则, 即以拱顶为对称线, 两半跨对称加载。
弦管混凝土灌注时, 先泵送一定量的水泥浆 (厚度30cm) , 以润滑管壁, 减小泵送过程中混凝土与管壁之间的摩擦力, 并可避免自由下落的混凝土粗骨料产生弹跳。
单根拱肋的弦管及腹腔应从两拱脚端采用两台输送泵对称灌注混凝土, 且混凝土灌注速度应基本相同, 混凝土顶升面高差不能超过3m, 接近拱顶时, 混凝土顶升面高差不能超过1m, 以确保拱肋的纵向稳定。
3.5吊杆安装与张拉
吊杆安装采用从拱肋顶向下把吊杆穿入拱肋和系杆上的索导管内的方式, 由人工沿着拱肋上的猫道走道把吊杆搬运到每个吊索的安装位置后, 取下下端的锚环, 并穿入肋拱上的索导管内, 当锚端露出上索导管后, 立即在前端锚杯内安装好牵引环, 并用葫芦倒链固定横、系梁上作牵引。吊杆后端捆绑一个倒链作溜绳, 便于控制向下吊杆的滑移速度。当吊杆下端进入到设计位置后, 取下牵引环和倒链并安装好锚环。
吊杆张拉采用4台YD150牵引式千斤顶分批次成对对称单端张拉, 张拉以张拉应力为主和以量测伸长量为辅的“双控法”进行控制。
张拉前应仔细计算其张拉索力及伸长值, 并征得施工控制单位及设计单位的同意后方能进行张拉。张拉时设置临时观测点24小时观测, 做好记录确保施工安全、有序的进行。
结语
本文依据昆山市东杨林塘桥主桥实际施工过程编写, 提出了系杆拱桥施工的主要难点, 并通过具体的施工技术, 采取不同的方法解决了上述问题, 为以后的系杆拱桥施工提供了参考。
参考文献
