大跨度勁性骨架拱橋設(shè)計(jì)和施工方法

1、.目 錄第1章 緒論11.1 選題的背景與意義11.2 鐵路拱橋設(shè)計(jì)施工技術(shù)研究現(xiàn)狀21.3 本文主要工作內(nèi)容及其意義31.3.1 本文主要工作內(nèi)容31.3.2 本文工作意義3第2章 鋼管混凝土拱橋構(gòu)造簡(jiǎn)介42.1 鋼管混凝土拱橋的組成及結(jié)構(gòu)42.2 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)52.3 構(gòu)件構(gòu)造5第3章 勁性骨架和扣索系統(tǒng)的仿真分析73.1 工程背景73.1.1橋址概況73.1.2主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)73.1.3線路資料73.1.4地質(zhì)資料83.1.5水文資料83.1.6氣象資料83.1.7立交資料93.1.8通航資料93.1.9本橋采用參考圖號(hào)93.1.10孔跨布置93.1.11墩臺(tái)及基礎(chǔ)103.1.12

2、主橋1-140m上承式拱橋設(shè)計(jì)103.2 勁性骨架施工過程基于MIDAS的模型建立143.2.1 MIDAS軟件的基本介紹143.2.2 勁性骨架和扣索基于MIDAS的仿真模型143.2.3扣塔結(jié)構(gòu)基于MIDAS的仿真模型24第4章 混凝土澆筑基于MIDAS軟件的仿真分析284.1 工程簡(jiǎn)介284.2 混凝土拱圈澆筑基于MIDAS的模擬294.2.1 結(jié)構(gòu)建模294.2.2 結(jié)果分析30第5章 拱上立柱澆筑基于MIDAS軟件的仿真分析355.1 工程簡(jiǎn)介355.2 拱上立柱施工基于MIDAS的模擬365.2.1 結(jié)構(gòu)建模365.2.2 結(jié)果分析36第6章 橋面施工及橋面荷載基于MIDAS軟件的

3、仿真分析386.1 橋面施工386.1.1 工程簡(jiǎn)介386.1.2 橋面施工過程基于MIDAS的模擬386.2運(yùn)營(yíng)階段車輛荷載406.2.1 工程簡(jiǎn)介406.2.2 車輛荷載基于MIDAS的模擬40第7章 結(jié)論與展望447.1 結(jié)論447.2進(jìn)一步研究的設(shè)想和建議44參考文獻(xiàn)45致謝46附錄A47附錄B89.第1章 緒論1.1 選題的背景與意義拱橋，由于造型美觀，受力性能優(yōu)越，歷史文化內(nèi)涵豐富，歷來是我國(guó)橋梁結(jié)構(gòu)的一種主要橋型。拱橋的發(fā)展和其它橋梁一樣，始終受力學(xué)、材料科學(xué)和施工技術(shù)的制約。到公元18世紀(jì)，工業(yè)革命中鋼鐵的發(fā)展以及波特蘭水泥的發(fā)明和鋼筋混凝土的出現(xiàn)引發(fā)了橋梁的技術(shù)革命。拱橋上部

4、結(jié)構(gòu)輕型化是拱橋發(fā)展的關(guān)鍵，而鋼管混凝土結(jié)構(gòu)解決了拱橋材料高強(qiáng)化和拱圈施工輕型化的兩大難題，得到了迅速的應(yīng)用推廣。鋼管混凝土拱橋技術(shù)日益提高，是拱橋的發(fā)展方向。世界上最早修建的鋼管混凝土拱橋是上世紀(jì)30年代前蘇聯(lián)建造的跨越列寧格勒涅瓦河的跨度為101m拱梁組合體系橋和位于西伯利亞跨度為140m的析肋拱橋。以后又出現(xiàn)了曾創(chuàng)下世界記錄的跨度為390m的前南斯拉夫KRK大橋。然而，鋼管混凝土拱橋的真正發(fā)展是在90年代的中國(guó)。1990年建成的四川宜賓南門金沙江大橋?yàn)闃?biāo)志系中承式勁性骨架混凝土肋拱橋，跨度240m，居當(dāng)時(shí)中承式拱橋世界第一；1995年廣東省建成了跨度200m 的南海三山西中承鋼管混凝土拱

5、橋、居鋼管混凝土拱橋世界第一。1996年建成的廣西邕寧邕江大橋跨度選312m，把中承式勁性骨架混凝土拱橋世界記錄提高了72m；四川萬縣長(zhǎng)江大橋就是勁性骨架混凝土拱橋，該橋跨度420m，把上承式拱橋的世界記錄由南斯拉夫KRK大橋的390m提高了30m.。這些跨度記錄和取得的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)及科研成果說明，目前我國(guó)拱橋已面躍居世界拱橋先進(jìn)行列。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，我國(guó)城市交通的橋梁建設(shè)亦進(jìn)入迅速發(fā)展時(shí)期。為改善城市交通，加強(qiáng)與周圍地區(qū)的聯(lián)系，人們?nèi)找嬉罂缭浇?、海灣和山谷，建造安全、?jīng)濟(jì)和輕盈美觀的大跨橋梁。為此，除需要改進(jìn)橋梁設(shè)計(jì)計(jì)算的理論和方法外，還需要改進(jìn)架橋的施工技術(shù)和發(fā)展高強(qiáng)輕質(zhì)的新結(jié)

6、構(gòu)材料。拱橋的施工大致可以歸納為兩大類：有支架施工和無支架施工。有支架施工主要用于中小跨徑的石拱橋和鋼筋混凝土拱橋(現(xiàn)澆混凝土拱橋及混凝土預(yù)制塊砌筑的拱橋)；無支架施工主要用于大跨度拱橋。常用的無支架施工方法有：懸臂施工法、纜索吊裝施工法和轉(zhuǎn)體施工法等。鋼管混凝土正是這種高強(qiáng)輕質(zhì)且便于施工的高效結(jié)構(gòu)材料，其單位質(zhì)量的承載力與鋼材接近，甚至可能比鋼材還要強(qiáng)；其鋼管兼具安裝架設(shè)階段的勁性骨架、灌注混凝土階段的模板和鋼筋、以及運(yùn)營(yíng)階段對(duì)核心混凝土的套箍約束等多種功能，較全面地解決了橋梁結(jié)構(gòu)所要求的用料省、安裝重量輕、施工簡(jiǎn)便、承載能力大等諸多矛盾。所以鋼管混凝土被公認(rèn)為是建造大跨度拱橋的一種比較理想

7、的結(jié)構(gòu)材料。同時(shí)，本課題以在建的向莆鐵路某鋼管拱特大橋?yàn)橐劳?，?duì)大跨度鋼管拱橋的設(shè)計(jì)、施工方法進(jìn)行研究，所使用的設(shè)計(jì)計(jì)算方法和相應(yīng)的施工技術(shù)都屬于當(dāng)前國(guó)內(nèi)鐵路拱橋的主流方向，對(duì)該課題的研究學(xué)習(xí)，對(duì)我們今后的學(xué)習(xí)和工作具有重要意義，對(duì)實(shí)際工程的建設(shè)也具有一定的參考價(jià)值。1.2 鐵路拱橋設(shè)計(jì)施工技術(shù)研究現(xiàn)狀根據(jù)國(guó)內(nèi)外大跨度拱橋設(shè)計(jì)與施工的經(jīng)驗(yàn)，勁性骨架在修建拱橋時(shí)既是便利的施工受力結(jié)構(gòu)，采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)作弦桿后，強(qiáng)度與穩(wěn)定性都較易得到保證；又是成橋后理想的受力結(jié)構(gòu)不浪費(fèi)材料。因此，勁性骨架施工適用于特大跨度拱橋施工，在鐵路橋梁中應(yīng)用廣泛。在我國(guó)，鐵路勁性骨架混凝土拱橋由于鐵路拱橋的荷載特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)

8、型式和安裝方法形成了鋼管結(jié)構(gòu)制作與安裝工藝的復(fù)雜性和特殊性, 形成了鐵路鋼管拱橋整個(gè)施工工藝的核心。如何簡(jiǎn)化鐵路拱橋勁性骨架的設(shè)計(jì)和施工成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。鐵路大跨度鋼管混凝土拱橋就目前情況看, 結(jié)構(gòu)的制作和安裝工藝具有“高、難、新”的特點(diǎn), 施工時(shí), 必須充分利用工廠制作的優(yōu)勢(shì)條件, 重點(diǎn)放在結(jié)構(gòu)工地焊接質(zhì)量的保證和安裝精度的控制上, 圍繞它, 要形成制作安裝工藝和質(zhì)量保障系統(tǒng)。施工方法是大跨徑拱橋最關(guān)鍵的技術(shù)。我國(guó)鋼管混凝土拱橋的空鋼管拱肋架設(shè)由以往的滿堂支架上施工發(fā)展到無支架施工。目前我國(guó)拱橋主要施工方法有：轉(zhuǎn)體施工法、纜索吊裝法、支架施工法、懸臂拼裝法等。轉(zhuǎn)體法施工可減少大量的高

9、空作業(yè)，施工安全、質(zhì)量可靠，節(jié)省較多的臨時(shí)支架，并可大幅度的減少對(duì)橋下交通的干擾，是具有明顯技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益的一種橋梁施工方法。 轉(zhuǎn)體法施工有平面轉(zhuǎn)體、豎向轉(zhuǎn)體和平豎結(jié)合轉(zhuǎn)體三種。纜索吊裝施工是目前拱橋勁性骨架施工的主要方法之一。其工序大致包括：拱肋的預(yù)制、拱肋的移運(yùn)和吊裝、主拱圈的安裝、拱上建筑施工、橋面結(jié)構(gòu)施工等。纜索吊車由塔架、主索、牽引索、起重索、起重小車(行車)和風(fēng)纜等構(gòu)成。有支架施工常用滿堂拱架、墩梁拱架、拱式拱架等。其優(yōu)點(diǎn)是比較簡(jiǎn)單，但占用大量器材。我國(guó)現(xiàn)有常備式鋼拱架有兩種：工字梁拱式拱架和桁架式拱架。另外還可以用其它制式構(gòu)件組拼拱式拱架。特別常見的是利用軍用器材，這種器材具有結(jié)

10、構(gòu)簡(jiǎn)單、拼組方便、適應(yīng)性強(qiáng)、機(jī)械化作業(yè)程度要求低等特點(diǎn)。懸臂施工法施工要點(diǎn)是：將拱圈(肋)、立柱與縱、橫梁對(duì)稱地分成幾段，加上臨時(shí)斜拉(壓)桿、上弦桿預(yù)先組成桁式框架，用拉桿或纜索錨固于臺(tái)后，然后用扒桿或吊車向跨中逐段懸臂施工，最后在拱頂合龍成拱。以上四種方法各有利弊，在實(shí)際中，要綜合分析選擇實(shí)現(xiàn)工程效益的最優(yōu)的一種。1.3 本文主要工作內(nèi)容及其意義1.3.1 本文主要工作內(nèi)容以在建的向莆鐵路某鋼管拱特大橋?yàn)橐劳校瑢?duì)大跨度鋼管拱橋的設(shè)計(jì)、施工方法進(jìn)行研究。本課題主要針對(duì)懸臂拼裝法進(jìn)行施工技術(shù)分析。因此，本文主要研究以下幾個(gè)問題：(1)勁性骨架施工過程基于MIDAS軟件的模型建立(2)混凝土澆筑

11、（四環(huán)六面法）基于MIDAS軟件的模型建立(3)拱上立柱施工基于MIDAS軟件的模型的簡(jiǎn)化和計(jì)算(4)橋面部分及橋面荷載基于MIDAS軟件的模型的簡(jiǎn)化和計(jì)算1.3.2 本文工作意義本課題以在建的向莆鐵路某鋼管拱特大橋?yàn)橐劳?，?duì)大跨度鋼管拱橋的設(shè)計(jì)、施工方法進(jìn)行研究，所使用的設(shè)計(jì)計(jì)算方法和相應(yīng)的施工技術(shù)都屬于當(dāng)前國(guó)內(nèi)鐵路拱橋的主流方向，對(duì)該課題的研究學(xué)習(xí)，對(duì)我們今后的學(xué)習(xí)和工作具有重要意義，對(duì)實(shí)際工程的建設(shè)也具有一定的參考價(jià)值。本文在系統(tǒng)的介紹了鐵路勁性骨架混凝土拱橋概況之后，采用懸臂拼裝法施工，使用目前應(yīng)用廣泛的通用大型有限元分析軟件MIDAS對(duì)工程實(shí)際施工的全過程進(jìn)行模擬和分析，得出一些結(jié)論

12、，對(duì)實(shí)際施工和相關(guān)研究具有一定的參考價(jià)值。第2章 鋼管混凝土拱橋構(gòu)造簡(jiǎn)介鋼管混凝土用在拱橋上有兩種形式：一是直接用做主拱結(jié)構(gòu)，即鋼管混凝土拱橋；二是利用鋼管混凝土作為勁性骨架，然后圍繞骨架澆筑混凝土，把骨架作為混凝土的鋼筋骨架，不再拆除。后者嚴(yán)格來講應(yīng)該稱為鋼筋混凝土勁性骨架拱橋，而本文研究的即是此類型拱橋。2.1 鋼管混凝土拱橋的組成及結(jié)構(gòu)鋼管混凝土拱橋由鋼管混凝土拱肋、立柱或吊桿、橫撐、行車道系、下部構(gòu)造等組成。鋼管混凝土拱肋是主要的承重結(jié)構(gòu)，它承受橋上的全部荷載，并將荷載傳遞給墩臺(tái)和基礎(chǔ)。鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)輕盈，恒載集度比較均衡，因此拱軸系數(shù)比較小，一般在1.1672.24之間，跨徑小者

13、取大值，跨徑大者取小值，矢跨比在之間比較合理。拱軸線采用懸鏈線或二次拋物線。根據(jù)行車道的位置，鋼管混凝土拱橋亦分為上承式、中承式及下承式三種情況。本課題研究的是上承式拱橋的懸拼施工。圖2-1 上承式拱橋正面圖2.2 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)(1)構(gòu)件承載力大大提高由于鋼管內(nèi)混凝土處于三向受壓狀態(tài)，因此不但提高了承載力，而且還增加了極限壓縮應(yīng)變，這是鋼管混凝土結(jié)構(gòu)承載力提高的根本原因。薄壁鋼管在軸心壓力作用下，管壁上存在凸凹缺陷，因而有穩(wěn)定控制的承載力較低。對(duì)于鋼管混凝土構(gòu)件，鋼管保護(hù)了混凝土，使其三向受壓，而混凝土又保證了薄壁鋼管的局部穩(wěn)定，相互彌補(bǔ)了彼此的缺點(diǎn)，充分發(fā)揮了彼此的有點(diǎn)，因而承載力提

14、高。(2)具有良好的塑性和韌性試驗(yàn)表明，當(dāng)含鋼率大于4%時(shí)，鋼管混凝土柱在破壞階段，柱長(zhǎng)可以壓縮到原長(zhǎng)的，完全無脆性破壞的性質(zhì)。由于鋼管中混凝土已由脆性破壞轉(zhuǎn)為塑性破壞因而整個(gè)構(gòu)件呈現(xiàn)彈性工作、塑性破壞的特征。(3)結(jié)構(gòu)自重和造價(jià)均較低與鋼結(jié)構(gòu)相比鋼管混凝土柱可節(jié)約鋼材50%左右，造價(jià)亦可降低。與鋼筋混凝土柱相比，節(jié)約混凝土約80%，減輕自重約70%，而耗鋼量和造價(jià)基本相等。(4)施工簡(jiǎn)單，縮短工期與鋼結(jié)構(gòu)柱相比，零部件少，焊縫短，構(gòu)造簡(jiǎn)單。與鋼筋混凝土柱不同，鋼管混凝土柱的鋼管即為模板，免除了支模、綁扎鋼筋和拆模等工序。節(jié)約材料并可有效縮短工期。(5)防腐、防火性能好由于管內(nèi)有混凝土存在，鋼

15、管的可銹蝕面積減少50%，僅需作外部防銹?？刹捎盟⑵帷㈠冧\或鍍鋁等方法進(jìn)行防銹處理，防腐工藝簡(jiǎn)單。由于管內(nèi)混凝土能吸收大量熱能，鋼管混凝土的耐火能力遠(yuǎn)高于鋼結(jié)構(gòu)。(6)結(jié)構(gòu)造型美觀2.3 構(gòu)件構(gòu)造 (1)拱圈（肋）鋼管混凝土拱橋多為無鉸拱，主拱圈采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)或勁性骨架。拱圈的線形常用圓弧線、拋物線、懸鏈線三中，后兩者應(yīng)用的多一些。本課題研究的拱圈的線型為懸鏈線。一般認(rèn)為懸鏈線是實(shí)腹拱橋的合理拱軸線。而鋼管混凝土拱橋常是空腹式拱橋，一般采用懸鏈線形使拱軸線與恒載壓力線在拱頂、四分點(diǎn)及拱腳五個(gè)截面重合。計(jì)算亦表明采用懸鏈線拱軸對(duì)空腹拱拱圈的受力是有利的。因此懸鏈線是鋼管混凝土拱橋采用最普遍的

16、拱軸線形。(2)橫撐橫撐主要設(shè)置在拱頂、拱腳、拱肋與橋面系交接處，橫撐的主要作用是將各片鋼管混凝土拱肋連接成整體，以確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。鋼管混凝土拱肋的橫撐多采用鋼管桁架，鋼管可以是空心的，也可以內(nèi)填混凝土而做成鋼管混凝土橫撐。橫撐在拱腳段多做成桁式K撐或X撐，以獲得更好的穩(wěn)定性，在橋面系以上則多采用直撐、K撐或H形撐。(3)吊桿中、下承式鋼管混凝土拱橋的吊桿一般采用柔性吊桿。錨固在拱肋上的吊桿錨具，為避免直接暴露在大氣中，常設(shè)置在拱肋弦桿或綴板處。吊桿可采用平行鋼絞線或平行鋼絲束，外套無縫鋼管或熱擠聚乙烯防護(hù)層。上下錨頭可采用OVM錨、冷鑄墩頭錨等，然后用高強(qiáng)度混凝土封錨。通常將張拉端設(shè)置在綴板處

17、或鋼管弦桿內(nèi)，下端為固定錨，以方便拆卸更換。錨頭要求防護(hù)嚴(yán)密，不能暴露在空氣中以防止銹蝕。以便于以后更換吊桿，可以做成雙吊桿。第3章 勁性骨架和扣索系統(tǒng)的仿真分析3.1 工程背景3.1.1橋址概況本橋位于福建省尤溪縣內(nèi)，屬于沿海內(nèi)陸地區(qū)，本橋于DK400+805.7DK400+915.5處跨越尤溪，河道與線路夾角約為90°，于DK400+934.2DK400+939.1處跨越一條5m寬的碎石路，與線路夾角為67°。橋址處地貌屬剝蝕低山區(qū)，地勢(shì)陡峭，自然坡度35-55°。低山區(qū)間為“V”型山間谷地，河谷深切，現(xiàn)為水庫(kù)，河床寬約50-100米，兩岸大部份在段基巖出露，

18、僅沿鄉(xiāng)間公路右側(cè)分布有少量修路筑填的塊石土。橋臺(tái)臺(tái)側(cè)山體陡峻，植被發(fā)育，主要為樹木與叢林，橋位處尤溪水面較開闊，河道順直，水流緩慢。3.1.2主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)鐵路等級(jí)：級(jí)正線數(shù)目：雙線設(shè)計(jì)速度：200km/h正線線間距：4.6m設(shè)計(jì)活載：中活載3.1.3線路資料線路平面：本橋平面位于直線上，線間距4.6m。166.4337.613240267.057軌面標(biāo)高里程DK398+170DK411+950縱斷面：圖3-1 縱斷面圖3.1.4地質(zhì)資料(1)工程地質(zhì)條件基本承載力與巖土施工工程分級(jí):(0) Q4ml填土，稍濕，(1) Q4al+pl卵石土，松散，0=350kPa，(2) Qdl+el含礫粉質(zhì)黏

19、土，硬塑，0=180kPa，(3)2 J3n2凝灰熔巖，強(qiáng)風(fēng)化(W3)，0=500 kPa，(3)3 J3n2凝灰熔巖，弱風(fēng)化(W2)，0=1000 kPa，(3)3-1 F 斷裂破碎帶，弱風(fēng)化(W2)，0=500 kPa，(3)3-2 F 斷裂影響帶，弱風(fēng)化(W2)，0=800 kPa，(2)地質(zhì)構(gòu)造據(jù)鉆孔探資料和地表工程地質(zhì)測(cè)繪，莆田臺(tái)分布有三條次生斷層，產(chǎn)狀為198°74°，斷層帶內(nèi)見硅化碎裂巖。(3)水文地質(zhì)特征及評(píng)價(jià)橋址區(qū)附近地表水、地下水對(duì)混凝土不具侵蝕性。(4)不良地質(zhì)及特殊巖土尤溪大橋橋址區(qū)場(chǎng)地地貌單元較簡(jiǎn)單，根據(jù)工程地質(zhì)機(jī)動(dòng)鉆探資料、物理勘探及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查測(cè)繪

20、分析，測(cè)區(qū)右側(cè)邊坡巖層產(chǎn)狀傾向尤溪河，為不利結(jié)構(gòu)面。莆田橋臺(tái)存在處地質(zhì)構(gòu)造，除此外未發(fā)現(xiàn)滑坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象。(5)地震效應(yīng)根據(jù)中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖 （GB18036-2001），橋址區(qū)抗震設(shè)防烈度屬6度區(qū)，地震動(dòng)峰值加速度為0.05g。3.1.5水文資料尤溪，水流流向由右至左，與線路夾角90°，橋址處匯水面積F=3691km2，Q1%=5940m3/s，H1% =143.31m，設(shè)計(jì)流速V1%=3.2m/s。3.1.6氣象資料尤溪縣地處低緯，靠近北回歸線，太陽輻射尚多，熱量資源豐富，雨量比較充沛，季風(fēng)氣候明顯。大部分地區(qū)夏長(zhǎng)冬短，春秋相當(dāng)，屬中亞熱帶大陸性兼海洋性東南季風(fēng)氣候

21、。但由于境內(nèi)山巒起伏、地形復(fù)雜，構(gòu)成復(fù)雜多變的氣候類型，氣象要素垂直差異明顯，最高氣溫40.5，最低氣溫-7.6，年平均氣溫1923之間。降水在一年中的時(shí)空分布不均，呈雙峰型，干濕季分明，一般年份全年可分為四個(gè)階段：春雨、梅雨、夏雨、秋冬雨。降水強(qiáng)度：日降水強(qiáng)度隨海拔增高而遞增。各級(jí)降水次數(shù)中以小雨為最多，占總雨日數(shù)的70，中雨占19，大雨占8，暴雨占3。平均每年4次暴雨。降雪與積雪：降雪日數(shù)較少，雪量不大。低海拔地區(qū)一般間隔12年甚至3年才難得下12天雪，積雪就更是少見；高山地區(qū)冬季積雪次數(shù)較多。風(fēng)向風(fēng)速：風(fēng)向隨時(shí)冬、夏季風(fēng)的更迭有明顯的改變。地面的風(fēng)向既受季風(fēng)環(huán)流支配，又受地形影響。全年以

22、靜風(fēng)為主，占71，其次為東北偏北風(fēng)，占7，再次為西北風(fēng)，占3。風(fēng)速一般都很小，年平均0.6m/s，各月間的風(fēng)速變幅亦小，最大值與最小值之差僅0.2m/s，以24月和7月稍大，1011月份較小。3.1.7立交資料本橋于DK400+934.2DK400+939.1處跨越一條5m寬的碎石路，與線路夾角為67°，需局部改移。3.1.8通航資料本橋于DK400+805.7DK400+915.5處跨越尤溪，河道與線路夾角約為90°，尤溪為級(jí)航道，設(shè)計(jì)采用1-140m上承式拱橋跨越。3.1.9本橋采用參考圖號(hào)時(shí)速200公里客貨共線鐵路預(yù)制后張法簡(jiǎn)支T梁 通橋(2005)2201 客貨共線

23、鐵路常用跨度簡(jiǎn)支T梁支座安裝圖 通橋(2007)8160鐵路橋梁CKPZ-Q球形支座安裝圖 肆橋設(shè)(2008)8560 雙線鋼筋混凝土矩形空心橋臺(tái) 肆橋設(shè)（2005）4040混凝土梁避車臺(tái) 通橋(2005)80303.1.10孔跨布置孔跨布置：1-24m簡(jiǎn)支T梁+1-140m拱橋+1-32m簡(jiǎn)支T梁中心里程：DK400+870.14 橋全長(zhǎng)：222.2m橋梁設(shè)計(jì)范圍：DK400+759.04DK400+981.213.1.11墩臺(tái)及基礎(chǔ)本橋橋臺(tái)采用雙線矩形空心臺(tái)，橋墩及拱上立柱均采用矩形實(shí)體橋墩，、橋墩與拱腳共用擴(kuò)大基礎(chǔ)。3.1.12主橋1-140m上承式拱橋設(shè)計(jì)(1)設(shè)計(jì)采用規(guī)范新建時(shí)速20

24、0公里客貨共線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定 （TB10002.1-2005）鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范 （TB10002.1-2005）鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 （TB10002.3-2005）鐵路橋涵混凝土和砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 （TB10002.4-2005）鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 （TB10002.5-2005）鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定 （鐵建設(shè)函（2005）157號(hào)）新建鐵路橋上無縫線路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定 （鐵建設(shè)函（2003）205號(hào)）鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 （TB10002.2-2005）鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 （GB 50111-2006）鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程 （CEC

25、S28:90）關(guān)于發(fā)布鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性暫行規(guī)定等兩項(xiàng)鐵路工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)局部修訂條文的通知(鐵建設(shè)【2007】140號(hào))(2)主要設(shè)計(jì)荷載恒載：結(jié)構(gòu)自重、二期恒載、混凝土收縮徐變。活載：靜活載：列車豎向活載采用中活載，雙線折減系數(shù)90%。動(dòng)力系數(shù)：沖擊系數(shù)1+=1+1.2× 6/(30+13) =1.167。 基礎(chǔ)不均勻沉降：拱圈基礎(chǔ)水平變位0.010m，豎直變位0.005m；拱上連續(xù)梁與拱圈、拱上立柱聯(lián)合計(jì)算，以考慮拱圈基礎(chǔ)變位及結(jié)構(gòu)變形對(duì)其內(nèi)力、變形的影響。列車制動(dòng)力：列車荷載制動(dòng)力取全梁滿載（單線）的10%計(jì)。列車橫向搖擺力： 按100kN計(jì)算。長(zhǎng)鋼軌力：按新建鐵路橋上無縫線路

26、設(shè)計(jì)暫行規(guī)定辦理。風(fēng)荷載：根據(jù)“全國(guó)基本風(fēng)壓分布圖”，本地區(qū)基本風(fēng)壓w0=1000Pa。結(jié)構(gòu)溫度變化：體系升降溫根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件采用升溫15，降溫15。非均勻升、降溫：拱圈采用升降溫±10，拱上縱梁頂板升降溫5。列車脫軌荷載：按新建時(shí)速200公里客貨共線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定第5.2.2條辦理。地震力：按鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)條款辦理。(3)結(jié)構(gòu)構(gòu)造拱肋拱肋為勁性骨架鋼筋混凝土X形拱，拱頂處拱肋中心距為5.6m，拱腳處拱肋中心距為11.4m，拱頂內(nèi)傾2.9m，其傾角為5.37°，拱肋計(jì)算跨徑140m，計(jì)算矢跨比1/4.516，拱肋平面矢高30.864m，拱軸線采用懸鏈線，拱軸系

27、數(shù)m=2.514。拱肋截面除拱腳以上4.25m為實(shí)體外余均采用變高箱形截面，頂?shù)装搴?.5m，腹板厚0.4m，拱頂截面高3.2m、寬2.3m，拱腳截面高5.4m、寬2.3m，其截面高度符合立特變化， 頂、底板與側(cè)板間設(shè)0.8x0.4m梗肋，拱腳以上4.2513.75m范圍內(nèi)頂?shù)装寮雍裰?m；拱肋鋼骨架由8根402×14mm鋼管和節(jié)點(diǎn)板、角鋼焊接成勁性骨架，纜索吊裝合龍后，鋼管內(nèi)灌注C55微膨脹混凝土作為拱肋混凝土施工支架，施工完畢拱肋混凝土后與其一起形成勁性骨架鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。全橋拱肋共布置11道橫撐，橫撐由鋼管及角鋼焊接而成，并外包混凝土。拱上立柱拱上立柱采用雙斜柱式，其截面為1.

28、5（縱向）x1.35m（橫向）。兩立柱布置在傾斜的拱肋平面內(nèi)，兩柱間設(shè)帶空洞的薄板和橫撐。拱頂處梁底至拱肋間距較小，將支承墊石直接設(shè)在拱肋上。采用C50混凝土?？紤]后續(xù)施工拱肋的變位，立柱支承墊石頂面需設(shè)預(yù)超高值。拱座墩拱座墩頂帽一側(cè)為連續(xù)梁，一側(cè)為簡(jiǎn)支T梁?？紤]簡(jiǎn)支T梁架梁及維護(hù)的要求，其頂帽橫向?qū)挾炔捎?0.6m。墩身縱橫向坡度均為1：40。縱梁橋面縱梁采用4聯(lián)(3×13)m鋼筋混凝土箱形截面連續(xù)梁，梁高1.6m，頂板寬9.56m，底板寬6.56m，頂板厚0.372m，底板厚0.3m，腹板厚0.5m；縱梁采用滿布支架現(xiàn)澆C45混凝土的施工方式，由兩拱腳向拱頂對(duì)稱澆注，施工前將支座

29、安裝到位。橋面系及橋梁檢查設(shè)備橋面系采用有砟橋面，橋面寬9.56m，設(shè)雙側(cè)人行道和鋼欄桿，人行道寬度0.8m；避車臺(tái)設(shè)在拱座墩、2、4、6、8、10號(hào)立柱處，兩側(cè)均設(shè)。拱上立柱設(shè)圍欄、吊籃、檢查梯等檢查設(shè)備；拱肋頂面設(shè)檢查護(hù)欄，每片拱肋各設(shè)一套活動(dòng)檢查設(shè)備。(4) 主要建筑材料混凝土拱肋采用C55混凝土，fc=37.0MPa，fct=3.30MPa。拱肋鋼骨架管內(nèi)采用C55微膨脹混凝土， fc=37.0MPa，fct=3.30MPa?？v梁及墩柱頂帽、墊石采用C45混凝土，fc=30MPa，fct=2.9MPa。墩身采用C40混凝土，fc=27.0MPa，fct=2.7MPa。拱座采用C35混凝

30、土，fc=20.0MPa，fct=2.20MPa；橋臺(tái)支承墊石采用C50混凝土，fc=33.5MPa，fct=3.1MPa。橋臺(tái)臺(tái)頂、頂帽采用C40混凝土，fc=27.0MPa，fct=2.7MPa。橋臺(tái)臺(tái)身采用C35混凝土，fc=23.5MPa，fct=2.5MPa。鋼材拱肋鋼骨架弦管及橫撐弦管采用Q345qD，w=210MPa；普通鋼筋HRB335鋼筋抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fsk335MPa，HPB235鋼筋抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fsk235MPa，彈性模量均為E2.1×105 MPa。鋼結(jié)構(gòu)焊接材料手工焊接材料：使用E5015、E5016、E5018焊條埋弧自動(dòng)焊材料：使用HJ402H08E焊劑、

31、焊絲。(5) 結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)構(gòu)縱向計(jì)算時(shí)，拱上連續(xù)梁與拱圈、拱上立柱聯(lián)合計(jì)算，考慮拱圈基礎(chǔ)變位及結(jié)構(gòu)變形對(duì)縱梁內(nèi)力、變形的影響?？v向計(jì)算分3個(gè)計(jì)算模型： 拱肋混凝土施工完成前，鋼管骨架模擬成桁架，為鋼桁架模型。 鋼管骨架混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，澆筑拱肋混凝土，為鋼-混合結(jié)構(gòu)模型。 拱肋混凝土施工完后，運(yùn)營(yíng)階段，按混凝土梁?jiǎn)卧Ｐ汀８鶕?jù)施工實(shí)際加載歷程，對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、應(yīng)力和位移進(jìn)行疊加。拱肋、縱梁、墩柱按鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)，對(duì)其分別檢算其應(yīng)力。(6) 施工順序本橋若采用轉(zhuǎn)體施工安裝拱肋鋼骨架，基礎(chǔ)邊坡開挖過大；經(jīng)比較，本橋擬采用懸臂拼裝法施工拱肋鋼骨架，然后壓注鋼管混凝土、分環(huán)施工拱肋混凝土、現(xiàn)澆拱上立柱

32、、支架上現(xiàn)澆橋面縱梁。施工順序如下：采用懸臂拼裝法施工鋼骨架采用山東富友有限公司生產(chǎn)的FTZ7030型塔式起重機(jī)吊裝拱肋鋼骨架，最大吊重16t，為安裝方便，首先將兩片拱肋鋼骨架與永久橫撐的鋼骨架在橋頭分段焊接好后，一起吊裝。鋼骨架合攏溫度采用1520。由拱腳向拱頂對(duì)稱灌注C50微膨脹混凝土選擇合適的地泵，由拱腳向拱頂對(duì)稱灌注C50混凝土，要求在混凝土初凝前灌完一根鋼管，并采取措施保證鋼管混凝土填充密實(shí)?；炷翍?yīng)具有良好的泵送性能和微膨脹性，抵消混凝土收縮。鋼管混凝土灌注、養(yǎng)生完畢后，在鋼骨架上安裝摸板，綁扎鋼筋，澆注拱肋混凝土。拱橋拱肋外包混凝土采用“四環(huán)六面”法施工。“四環(huán)”即是將拱肋截面沿

33、拱軸分作底板、下倒角、側(cè)板、上倒角和頂板四環(huán)，每次施工一環(huán)。下一環(huán)施工須待上一環(huán)混凝土養(yǎng)護(hù)一個(gè)齡期后進(jìn)行?！傲妗奔词菍⒚恳画h(huán)沿拱軸分作六段（即六個(gè)工作面），段與段之間留間隔槽，澆注混凝土?xí)r，六個(gè)工作面同時(shí)施工（由拱腳向拱頂），完成該環(huán)混凝土的澆注。施工拱上立柱腳手架現(xiàn)澆橋面縱梁(7) 施工注意事項(xiàng)拱座、基礎(chǔ)基坑盡量避免超挖，超挖部分須回填混凝土，以增強(qiáng)拱座、基礎(chǔ)的抗推能力?；醉氈糜诨境休d力01000kPa的W2基巖內(nèi)，基坑清理干凈?；娱_挖到位后，需有監(jiān)理、配施橋、地人員現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)后，方可進(jìn)行后續(xù)工作。拱座大體積混凝土澆注時(shí)需采取措施，避免混凝土出現(xiàn)裂縫。拱座預(yù)埋骨架位置需準(zhǔn)確，以保證

34、拱肋骨架對(duì)接。拱座預(yù)埋鉸座板平整，傾角、位置需準(zhǔn)確，以保證拱肋骨架準(zhǔn)確到位。混凝土接觸面應(yīng)鑿毛、沖洗干凈，保證新老混凝土可靠結(jié)合。拱肋分環(huán)澆注的混凝土層面應(yīng)設(shè)接茬鋼筋。骨架、鋼筋以及其他預(yù)埋件，在澆注混凝土前應(yīng)仔細(xì)檢查是否齊全、到位，并作好防銹、除油、除銹工作。欄桿、檢查設(shè)備及箱形拱肋內(nèi)的剪刀撐外露的鋼構(gòu)件需采用兩道LW-1水性無機(jī)富鋅底漆、兩道氟碳面漆防護(hù)。拱肋從鋼骨架吊裝、混凝土分環(huán)澆注，到架梁、二期恒載上橋的全部施工過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)拱軸線變位（垂直位移、水平位移）觀測(cè)，上報(bào)設(shè)計(jì)，以便設(shè)計(jì)人員掌握拱肋施工過程中的受力情況，及時(shí)指導(dǎo)施工。(8) 環(huán)境保護(hù)與水土保持措施本橋施工場(chǎng)地主要在山坡上，

35、拱座基礎(chǔ)開挖棄土結(jié)合橋頭隧道棄渣堆放，其開挖邊坡采用掛網(wǎng)噴混凝土護(hù)坡。施工臨時(shí)用地在施工完成前恢復(fù)到自然狀態(tài)，交還地方使用。3.2 勁性骨架施工過程基于MIDAS的模型建立3.2.1 MIDAS軟件的基本介紹有限元法是隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種在計(jì)算數(shù)學(xué)、計(jì)算力學(xué)和計(jì)算工程科學(xué)領(lǐng)域最有效的現(xiàn)代計(jì)算方法。經(jīng)過40多年的發(fā)展已經(jīng)使各種不同的有限元方法形態(tài)相當(dāng)豐富，理論基礎(chǔ)相當(dāng)完善，并且開發(fā)了一批通用和專用的有限元軟件，如ANSYS、MSCNASTRAN、MSCMARC、ABAQUS和MIDAS等。在眾多可用的通用和專用的有限元軟件中，MIDAS是橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用最為廣泛的軟件之一。MI

36、DAS/Civil是個(gè)通用的空間有限元分析軟件，可適用于橋梁結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)、工業(yè)建筑、飛機(jī)場(chǎng)、大壩、港口等結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)。特別是針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)，MIDAS/Civil結(jié)合國(guó)內(nèi)的規(guī)范與習(xí)慣，在建模、分析、后處理、設(shè)計(jì)等方面提供了很多的便利的功能，目前已為各大公路、鐵路部門的設(shè)計(jì)院所采用。MIDAS/Civil分析的三個(gè)主要步驟：(1)前處理(Preprocessor) 創(chuàng)建或輸入幾何模型(2)求解(Solution) 施加荷載，求解。(3)后處理(Post-processing) 結(jié)果評(píng)價(jià)，檢查結(jié)果的正確性。3.2.2 勁性骨架和扣索基于MIDAS的仿真模型3.2.2.1 結(jié)構(gòu)建模在對(duì)鋼管混凝土

37、拱橋建模時(shí)，應(yīng)該結(jié)合結(jié)構(gòu)體的受力特性進(jìn)行單元模擬，盡量采用簡(jiǎn)單單元形式尤其是大型結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力計(jì)算，更應(yīng)注意這個(gè)問題這樣既可從宏觀上把握住了結(jié)構(gòu)的整體特性，又能大大降低計(jì)算工作量，從而提高工作效率向蒲線尤溪橋?yàn)樯铣惺戒摴芑炷料禇U拱橋，其計(jì)算模型采用MIDAS有限元軟件建立。本橋勁性骨架模型為空間梁?jiǎn)卧Y(jié)構(gòu)，共劃分為5786個(gè)單元，2778個(gè)節(jié)點(diǎn)，1個(gè)材料特性值，6個(gè)截面特性值。而扣索系統(tǒng)共有12個(gè)索單元，統(tǒng)一采用1860級(jí)直徑15.24的低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線。拱腳處選擇限制D-ALL和R-ALL的一般支撐，共有16個(gè)這樣的邊界條件。懸臂拼裝法是將拱圈的各個(gè)組成部分（側(cè)板、上下底板等）事先預(yù)制，然

38、后將整孔的拱肋、立柱通過臨時(shí)斜壓（拉）桿和上弦拉桿組成桁架拱片，沿跨分作幾段（一般37段），再用橫系梁和臨時(shí)纜風(fēng)將兩個(gè)桁架拱片組成框架。每節(jié)框架整體運(yùn)至橋位，由兩端向跨中逐段懸臂拼裝至合攏。本文采用懸臂對(duì)稱施工，考慮塔吊的起吊能力，半跨共分四段吊裝施工，逐節(jié)拼裝，然后加上扣索固定，直至合攏。在MIDAS中施工階段模擬如圖3-1。a 第一階段 b 第二階段c 第三階段 d 第四階段e 第五階段 f 第六階段g 第七階段圖3-1 施工階段圖3.2.2.2 結(jié)果分析整個(gè)模型總共定義了兩個(gè)荷載工況，一個(gè)是自重，另外一個(gè)是初拉力。對(duì)扣索施加初拉力主要是為了減小施工時(shí)候拱肋的變形，適當(dāng)將拱肋結(jié)構(gòu)抬高。按照

39、扣索施工先后順序，初拉力分別為30、55、40kN。按照施工順序，各階段桿件和扣索應(yīng)力以及最終位移形狀如下列各圖所示。圖3-2 第一階段桿件組合應(yīng)力圖3-3 第二階段桿件組合應(yīng)力圖3-4 第二階段扣索應(yīng)力圖3-5 第三階段桿件組合應(yīng)力圖3-6 第三階段扣索應(yīng)力 圖3-7 第四階段桿件組合應(yīng)力圖3-8 第四階段扣索應(yīng)力圖3-9 第五階段桿件組合應(yīng)力圖3-10 第六階段扣索應(yīng)力圖3-11 第七階段桿件組合應(yīng)力圖3-12 第七階段扣索應(yīng)力圖3-13 PostCS桿件組合應(yīng)力圖3-14 PostCS扣索應(yīng)力圖3-15 PostCS 位移形狀從上面圖片可以看出扣索最大應(yīng)力出現(xiàn)在第七階段，最大拉應(yīng)力為13

40、26MPa,而由于使用的是1860級(jí)的鋼絞線，所以扣索應(yīng)力并沒有超過容許值，扣索結(jié)構(gòu)可認(rèn)為是安全的。為了更清楚地顯示各施工階段各截面受力狀況，特將拱腳處、位置、位置截面桿件的最大應(yīng)力列于表3-1。表3-1 各施工階段不同截面桿件最大應(yīng)力施工階段拱腳（MPa)1/8位置(MPa)1/4位置(MPa)正應(yīng)力剪應(yīng)力-y剪應(yīng)力-z正應(yīng)力剪應(yīng)力-y剪應(yīng)力-z正應(yīng)力剪應(yīng)力-y剪應(yīng)力-z第一階段-47.1-1.13-1.21-0.8810.101-0.019第二階段-40.0-1.021.02-1.980.1420.431第三階段-96.2-1.642.64-37.20.2441.28-1.88-0.311

41、-0.01第四階段-83.7-1.482.28-27.90.4661.13-3.530.0461.02第五階段-145-1.944.11-94.42.363.37-39.50.6281.96第六階段-138-1.853.89-95.91.553.37-35.80.5471.78第七階段-175-2.025.01-1552.905.53-83.51.564.01由于使用的鋼材是Q345，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，從表中數(shù)據(jù)可以看出，無論是正應(yīng)力還是切應(yīng)力均未超出相應(yīng)閾值，所以可以得到結(jié)論：勁性骨架懸拼施工時(shí)，結(jié)構(gòu)是安全的。3.2.3扣塔結(jié)構(gòu)基于MIDAS的仿真模型由于橋墩的高度不夠，所以如果直接將索鞍安放在

42、橋墩上，將會(huì)導(dǎo)致扣索可以提供的豎向拉力過小。因此必須設(shè)計(jì)一加高扣塔，將其安置于橋墩上，再將索鞍安放在扣塔上，這樣索鞍具有一定的高度，可以提供的豎向拉力將大幅度提高，減少扣索使用的鋼絞線量?？鬯O(shè)計(jì)高度為8m，采用N型萬能桿件，扣塔立柱采用L100×10角鋼，十字形截面；其余桿件采用L100×12等邊角鋼，雙角鋼截面，具體見臨時(shí)結(jié)構(gòu)圖。3.2.3.1 萬能桿件簡(jiǎn)介萬能桿件是廣泛用于我國(guó)鐵路及公路橋梁施工的一種常備式輔助結(jié)構(gòu)。用它可以拼成桁架、墩架等，作為橋梁、水塔、高層建筑物的施工腳手架，也可拼成吊車，用來起吊、安裝各種預(yù)制構(gòu)件，必要時(shí)，也可以作為橋梁的臨時(shí)性墩臺(tái)和梁部結(jié)構(gòu)。

43、萬能桿件拼拆容易。運(yùn)輸方便，能節(jié)省大量的木材、勞動(dòng)力并縮短工期。所以在大型橋梁工地，萬能桿件幾乎是一種必不可少的施工輔助設(shè)備。萬能桿件主要可拼裝成架梁龍門、纜索吊塔架、架橋機(jī)等大型設(shè)備及現(xiàn)澆梁的臨時(shí)支墩、線路搶修用的墩體等。在我國(guó)的橋梁施工中，萬能桿件發(fā)揮了巨大的作用。武漢長(zhǎng)江二橋、蕪湖長(zhǎng)江大橋、虎門大橋、咸陽渭河大橋等一大批國(guó)家重點(diǎn)工程相繼使用了萬能桿件。其中在甘肅境內(nèi)的黃河上施工的橋梁中就有雁灘黃河大橋、中立橋、七里河黃河大橋、銀灘大橋、蘭化管橋以及在“引大入秦”工程中，較為著名的“莊浪河渡槽”中的起吊能力130t、高度54m的龍門吊都用到了萬能桿件。我國(guó)生產(chǎn)有幾種類型的萬能桿件，常用的有

44、M型、N型兩種，拼裝形式基本相同，僅弦桿角鋼尺寸、部分綴板的大小和螺栓孔直徑稍有差異。M 型、N型用A3(35)鋼制作。萬能桿件原有構(gòu)件25種，現(xiàn)已增加至41種，其中作為桿件及拼接用的角鋼有12種，連接板和綴板共26種，還有支座一種，螺栓兩種( 22和27)。M型和N型兩種萬能桿件拼裝形式有單拼、雙拼、三拼和四拼等幾種。3.2.3.2 結(jié)構(gòu)建模由上一個(gè)模型，可以得到最大扣索內(nèi)力出現(xiàn)在第七個(gè)階段。扣索內(nèi)力按照安裝順序，依次為205、247、137kN，如圖3-16。圖3-16 第七階段扣索內(nèi)力將各扣索拉力反作用于扣塔，平均分布在扣塔頂各節(jié)點(diǎn)上，在MIDAS中建立偏心受壓柱模型，如圖3-17所示：

45、 圖3-17 扣塔正面受力圖圖3-18 加高塔架布置示意圖工字鋼萬能桿件塔架架索鞍拱座墩預(yù)埋槽鋼3.2.3.3 結(jié)果分析 圖3-19 扣塔桿件組合應(yīng)力圖為了更清楚地顯示扣塔不同高度桿件受力狀況，特將扣塔底部、1/2位置、頂部位置截面桿件的最大應(yīng)力列于下表3-2。表3-2 扣塔不同高度桿件的最大應(yīng)力(MPa)高度正應(yīng)力切應(yīng)力-y切應(yīng)力-z扣塔底部-11.10.0840.0061/2位置-8.720.1570.003扣塔頂部-5.990.8090.001由于萬能桿件采用的是Q235級(jí)鋼材，顯然桿件正應(yīng)力和切應(yīng)力遠(yuǎn)低于其閾值，其最大組合應(yīng)力為23.77MPa ,也遠(yuǎn)低于其容許值；因此扣塔結(jié)構(gòu)是偏于安

46、全的。第4章 混凝土澆筑基于MIDAS軟件的仿真分析4.1 工程簡(jiǎn)介本橋設(shè)計(jì)為主跨為140m的上承式鋼筋混凝土勁性骨架拱橋，拱圈為單箱三室箱形拱。采用鋼管內(nèi)灌注C55微膨脹混凝土作為拱肋混凝土施工支架，再在用在鋼骨架上分環(huán)（四環(huán)）分段現(xiàn)澆的施工方式。由于采用“少支架”施工工藝，支架不能承受主拱圈自重的全部荷載。故整體思路是：必須采用分環(huán)分段的施工程序。由支架承受第一環(huán)混凝土的全部自重，待第一環(huán)混凝土成拱達(dá)到一定的強(qiáng)度后再澆注第二環(huán)混凝土，以此類推。實(shí)際上每環(huán)混凝土的澆注就是在前一環(huán)混凝土上加載，并由前一環(huán)成拱的混凝土承受后期混凝土荷載，支架的主要功能轉(zhuǎn)變?yōu)榧s束先期成拱的混凝土的變形，從而保證穩(wěn)

47、定性。同時(shí)為了不使支架在施工過程中產(chǎn)生縱向位移和使先期成拱的混凝土不開裂，在每一環(huán)的施工中，又采用了十六段加載法，即將拱肋全長(zhǎng)劃分為十六個(gè)工作面，并對(duì)每個(gè)工作面的澆注順序經(jīng)過計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化排列。在澆注第一環(huán)混凝土?xí)r，荷載由勁性骨架承受，因而骨架產(chǎn)生壓縮變形。拱座基礎(chǔ)也將產(chǎn)生一定的下沉，這勢(shì)必給成拱的混凝土產(chǎn)生不利影響，甚至導(dǎo)致混凝土開裂。為了盡量消除這些不利影響，施工中采用留下多處合龍縫的作法，全拱肋長(zhǎng)度預(yù)留7道合龍縫，待各段澆注的混凝土強(qiáng)度達(dá)到70 后再進(jìn)行合龍。這樣，勁性骨架及其基礎(chǔ)產(chǎn)生的變形不至于對(duì)全拱圈產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力。第二環(huán)混凝土加載時(shí)，必須待合龍段混凝土強(qiáng)度達(dá)到70 以上時(shí)才進(jìn)行。

48、第二環(huán)混凝土的澆注過程，就是對(duì)自成拱的第一環(huán)混凝土的加載過程，因此第一環(huán)混凝土因承載而產(chǎn)生應(yīng)力。通過加載順序的優(yōu)化排列，使得第一環(huán)拱肋混凝土中的彎拉應(yīng)力不會(huì)超過混凝土的容許拉應(yīng)力。應(yīng)該注意的是第一環(huán)混凝土的剛度需能滿足第二環(huán)的加載要求。待第二環(huán)合龍段混凝土的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70 以后，便可進(jìn)行第三環(huán)和第四環(huán)混凝土的澆注，其施工過程同前類似。值得指出的是，每完成一環(huán)施工，截面剛度便加強(qiáng)一次，最后完成箱形拱肋截面的全部。4.2 混凝土拱圈澆筑基于MIDAS的模擬4.2.1 結(jié)構(gòu)建模利用大型有限元軟件MIDAS進(jìn)行施工過程仿真分析。共有單元6442個(gè)，節(jié)點(diǎn)3582個(gè)。按照前述的工程簡(jiǎn)介，分不同施工

49、階段進(jìn)行仿真模擬，其分環(huán)方案如圖4-1。四環(huán)三環(huán)二環(huán)一環(huán)圖4-1 拱圈混凝土澆筑分環(huán)方案本模型共劃分為10個(gè)施工階段，其中第一階段為向勁性骨架鋼管內(nèi)灌注混凝土，使其與鋼管牢固連接成一整體；第二階段為待鋼管內(nèi)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，在支架上施工拱腳處4.25m實(shí)心段混凝土；第三階段為施加第一環(huán)混凝土濕重，其中拱腳加厚段的濕重為29.30kN，一般節(jié)段的濕重為14.65 kN；第四階段為鈍化一環(huán)混凝土各節(jié)段濕重，激活一環(huán)混凝土和拱肋鋼管間的彈性連接，第一環(huán)混凝土施工完畢；第五階段為施加第二環(huán)濕重，由于二環(huán)混凝土截面相同，濕重均為12.23 kN；第六階段為鈍化二環(huán)混凝土濕重，激活二環(huán)混凝土與拱肋鋼管

50、間的彈性連接，第二環(huán)混凝土施工完畢；第七階段為施加第三環(huán)濕重，由于三環(huán)混凝土截面從拱腳到拱頂逐漸變化，因此將拱肋分為四節(jié)，每節(jié)的濕重認(rèn)為近似相等，其中第一節(jié)（35-31截面之間）濕重為15.48kN，第二節(jié)（31-21截面之間）濕重為18.23kN，第三節(jié)（21-11截面之間）濕重為11.60kN，第四節(jié)（11-1截面之間）濕重為7.72kN；第八階段為鈍化三環(huán)各節(jié)段濕重，激活三環(huán)混凝土與拱肋鋼管間的彈性連接，第三環(huán)混凝土施工完畢；第九階段為施加第四環(huán)混凝土濕重，其中拱腳加厚段的濕重為83.04kN，一般節(jié)段的濕重為53.76kN；第十階段為鈍化四環(huán)混凝土各節(jié)段濕重，激活四環(huán)混凝土與拱肋鋼管間

51、的彈性連接，第四環(huán)混凝土施工完畢。4.2.2 結(jié)果分析鋼管內(nèi)混凝土和填實(shí)段混凝土澆筑過程，在MIDAS中各視作一次完成，沒有分環(huán)澆筑。鋼管內(nèi)混凝土澆筑成型后，其應(yīng)力圖如圖4-2和4-3。圖4-2 鋼管內(nèi)混凝土澆筑后全橋應(yīng)力圖圖4-3 拱腳混凝土澆筑后全橋應(yīng)力圖鋼管內(nèi)混凝土和填實(shí)段混凝土澆筑后，采用分環(huán)分段施工法，依次澆筑一環(huán)至四環(huán)。下面依次列舉各環(huán)施工過程的計(jì)算結(jié)果。圖4-4 一環(huán)混凝土澆筑后全橋應(yīng)力圖圖4-5 二環(huán)混凝土澆筑后全橋應(yīng)力圖圖4-6 三環(huán)混凝土澆筑后全橋應(yīng)力圖圖4-7 四環(huán)混凝土澆筑后全橋應(yīng)力圖為了更清楚地顯示各施工階段拱橋各桿件的應(yīng)力變化，特將不同階段拱橋拱腳處、截面處各主要桿

52、件的最大組合應(yīng)力列于下列各表。表4-1 一環(huán)混凝土澆筑后主要桿件組合應(yīng)力拱腳L/8L/4L/2應(yīng)力（MPa）豎腹桿7.9330.530.832.1斜腹桿-33.3-31.7-30.7-30.6上弦桿-45.1-48.2-45.3-65.7下弦桿-56.6-78.3-61.6-35.0位移（m）0-0.010-0.035-0.037表4-2 二環(huán)混凝土澆筑后主要桿件組合應(yīng)力拱腳L/8L/4L/2應(yīng)力（MPa）豎腹桿8.8033.935.039.7斜腹桿-40.0-39.3-36.5-35.8上弦桿-51.0-51.4-49.6-80.5下弦桿-59.9-87.7-69.9-45.1位移（m）00.013-0.037-0.041表4-3 三環(huán)混凝土澆筑后主要桿件組合應(yīng)力拱腳L/8L/4L/2應(yīng)力（MPa）豎腹桿8.274