收稿日期:2002202222
作者简介:沈尧兴(1962-),男,高级工程师.
文章编号:025822724(2003)0620655204
大跨度钢管混凝土拱桥的稳定性分析
沈尧兴1,
赵志军2,
华旭刚2
(1.中铁四局集团有限公司,安徽合肥230023;2.中南大学土木建筑学院,湖南长沙410075)
摘 要:简要介绍了钢管混凝土拱桥稳定性分析的2种方法:线性屈曲和非线性弹塑性屈曲.以益阳茅草街钢管混凝土拱桥为例,建立了有限元分析模型,采用大型通用有限元分析程序ANSYS 对其成桥稳定性进行了分析,并进一步探讨了结构的几何非线性、材料非线性和初始缺陷对该桥稳定性的影响.分析表明,接近失稳荷载时,拱顶已出现较大竖向位移,应考虑大位移对稳定性的影响;结构的初始缺陷和材料的塑性都使得结构的稳定性降低.
关键词:大跨度拱桥;稳定性分析;钢管混凝土中图分类号:U488.22 文献标识码:A
Stability Analysis of Long 2Span Arch Bridge
of Concrete 2Filled Steel Tubes
S HEN Y ao 2xi ng 1
,
ZHA O Zhi 2j un 2
,
HUA X u 2gang
2
(1.China Tiesiju Civil Eng.Group Co.Ltd ,Hefei 230023,China ;2.Civil Eng.and Architecture College ,Central
S outh University ,Changsha 410075,China )
Abstract :The two methods ,the linear and nonlinear bucking analyses ,to determine the critical load of a long 2span arch bridge of concrete 2filled steel tubes were presented.A 3D FE model of Maocaojie arch bridge in Hunan ,as an example ,was set up ,and its stability was analyzed using finite element program ANSYS.The effects of geometry nonlinearity ,material nonlinearity and initial defects of the structure on the stability of this arch bridge were investigated.The results show that large displacement occurs at arch top when loading reaches to the load of stability loss ,so the effect of large displacement should be considered in the analysis of stability ;and the material nonlinearity and initial defects of the structure make its stability decrease.K ey w ords :long 2span arch bridge ;stability analysis ;concrete 2filled steel tube
钢管混凝土系杆拱桥不仅外形美观,而且跨越能力大,在200～600m 跨度范围内仍是斜拉桥和悬索桥的竞争对手.拱桥是以承受压力为主的结构体系,其承载力一直是桥梁工程师最关心的问题之一.随着电子计算机和数值方法的发展,各种复杂结构的稳定性问题都得到了较为满意的解决.对于复杂拱桥结构的稳定性,目前一般都采用有限元法分析,分为线性屈曲分析和非线性(弹塑性)屈曲分析[1～3].
线性屈曲分析假定结构失稳时处于弹性小变形范围内,结构内力与外荷载成正比,把结构的稳定性分析转化为特征值问题,最小特征值即为结构线性屈曲的稳定安全系数.线性屈曲分析计算方便,但只能用于理想结构,不能考虑结构的初始缺陷、几何非线性和材料非线性.采用线性屈曲分析可以预测出屈曲荷载的上限.
非线性(弹塑性)屈曲分析即极限承载力分析可以考虑结构的几何非线性、材料非线性、初始缺陷和残
第38卷 第6期2003年12月 西 南 交 通 大 学 学 报J OU RNAL OF SOU THWEST J IAO TON G UN IV ERSIT Y
Vol.38 No.6
Dec.2003
余应力等因素,采用荷载增量法通过逐步加载求解结构的非线性屈曲荷载.与线性屈曲分析方法相比,非线性(弹塑性)屈曲方法计算准确,精度高,可以考虑结构的初始状态,但计算复杂.
本文在介绍2种分析方法的基础上,以益阳茅草街大桥为例,用ANSYS 程序对该桥的成桥稳定性进行了分析,并探讨了结构的几何非线性、材料非线性、大位移和结构初始缺陷对大跨度钢管混凝土拱桥稳定性的影响.
1 稳定性分析理论
1.1 线性屈曲分析
根据线性屈曲理论[1],结构在外荷载F 作用下的屈曲荷载的确定可以归结为求方程组(1)的特征值:
(K +λS )δ=0,
(1)式中:K 为结构的刚度矩阵;S 为初应力刚度矩阵;λ为特征值;δ为屈曲模态.
图1 线性屈曲分析流程
Fig.1 Flow chart for linear bucking analysis
如果方程组(1)为n 阶线性方程组,那么理论上存在n 个特征值λ1,λ2,…,λn .但对于所讨论的工程问题,只有最小特征值即最小的稳定安全系数才有实际意义.设此特征值为λcr ,则临界荷载为λcr F .计算流程见图1.1.2 非线性(弹塑性)屈曲分析 拱桥结构的非线性方程可以写成
(K 0+K l +K σ)δ=F ,
(2)
式中:K 0,K l 和K σ分别为结构的总线刚度矩阵、总大位移矩阵和总初应力矩阵;δ和F 分别为总位移列阵和总荷载列阵.
式(2)也可以写成增量形式:
(K 0+K l +K σ)Δδ=ΔF .(3) 求解方程组(3)的方法有增量法、迭代法和混合法[1]
.
结构的弹塑性稳定安全系数
K =
λcr (W +F )
W +F
,(4)
式中:W 为结构重力;F 为外部荷载;λcr 为极限加载系数.
2 茅草街大桥的稳定性分析
茅草街大桥位于湖南省益阳市,桥型为飞燕式三跨钢管混凝土系杆拱桥,全桥长528m ,桥跨布置为74m +356m +74m ,矢高为71.2m ,矢跨比为1/5,每片拱肋由4根<1000×18mm 的钢管组成.主梁采用π型断面,梁宽19.3m ,梁高134～150cm ,桥面吊杆间距为8m.图2 茅草街桥有限元模型
Fig.2 The finite element model of Maocaojie arch bridge
2.1 有限元模型的建立
采用大型通用有限元分析软件ANSYS ,对该桥成桥状态的稳定性进行了分析.计算时将拱桥理想化为空间杆系结构,采用杆单元Link8模拟吊杆,Mass21单元模拟桥面的堆重,其它单元用Beam4和Beam188单元摸拟.共划分单元4391个,节点4055个,有限元模型图见图2.在进行有限元离散时,主要基于以下考虑:
(1)拱桥的主拱是混凝土和钢管组成的杆系结构,计算时一般有2种方法,一种是将钢管和混凝土作为2个单元来处理,保证其节点坐标相同;
656西 南 交 通 大 学 学 报第38卷
另一种是将钢管和混凝土换算成同一种材料来计算[4].本文采用第2种方法.
(2)对于开口型薄壁梁断面,进行稳定性分析时应考虑截面翘曲的影响,故桥面梁单元采用考虑截面翘曲的7自由度梁单元Beam188.
(3)边跨立柱和桥面的连接采用耦合自由度处理.(4)不考虑土与结构的相互作用.
2.2 成桥状态稳定性分析 在进行非线性(弹塑性)屈曲分析前,需确定换算截面钢管混凝土单元和吊杆单元的本构关系.因缺乏
试验资料,采用文献[5]给出的本构关系,2种单元的本构关系见图3[5]
.
图3 应力2应变关系
Fig.3 Stress 2strain curves of concrete 2filled steel tube and hanging support
成桥状态的稳定性采用结构重力倍数的加载方
式,即稳定安全系数K =λcr W/W =λcr ,分析了以下几种情况下结构的稳定性,计算结果见表1和图4.
(1)线性屈曲:将结构重力作为荷载进行静力分析,获得此时的内力状态;进行特征值分析,得到的最小特征值作为加载系数.
(2)几何非线性屈曲:只考虑结构的几何非线
表1 不同情况下的稳定安全系数Tab.1 Stability coefficient for different conditions 情况稳定安全系数
失稳形态16.29面外失稳23.12面外失稳32.25面内失稳4
2.22
面内失稳
图4 拱顶节点荷载2位移曲线Fig.4 Load 2displacement curves for top of
the arch bridge
性,不考虑材料的非线性,将结构重力加大若干倍,采用逐步加载的方式求解结构的极限荷载.
(3)弹塑性屈曲(不考虑结构初始缺陷):同时考虑结构的几何非线性和材料非线性,将结构重力加大若干倍,采用逐步加载的方式求解结构的极限荷载(因结构重力为面内荷载,采用这种加载方式不能激发面外失稳).
(4)弹塑性屈曲(考虑结构初始缺陷):考虑结构的几何非线性和材料非线性,将特征值屈曲模态变形作为结构的初始缺陷加入原结构,修正结构的节点坐标后,将结构重力加大若干倍,采用逐步加载的方式求解结构的极限荷载(此时能激发面外失稳,从而求得结构的极限承载力).
由表1可见:(1)茅草街大桥的弹塑性屈曲荷载远小于
线性屈曲荷载,也小于几何非线性屈曲荷载,说明结构是因材料进入塑性状态而丧失承载力;(2)结构的初始缺陷对茅草街大桥的承载力影响很小.
从图4可以看出,当荷载超过一定值时,结构将产生较大的位移,因此大跨度钢管混凝土拱桥的稳定性分析应考虑结构大变形、大位移的影响.
(下转第681页)
7
56第6期沈尧兴等:大跨度钢管混凝土拱桥的稳定性分析
X t
4(S 4)=[X 1
4(S 4),X 2
4(S 4),X 3
4(S 4),X 4
4(S 4)]=
4 9 106 1614
161520
24
161520
24
,
其非劣解为
46
,对应的非劣路线(策略)是4—5,最优段数为1段.(完毕)
4 结束语
本文在提出不定期多目标阶段收益非劣合成矩阵、不定期多目标递推矩阵等概念的基础上,构造了不
定期多目标动态规划问题的非劣矩阵解法.该方法不要求事先给出各目标的相应权重,在整个递推过程中不损失任何非劣解,最终能保证找到所有非劣解.参考文献:
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(上接第657页)
3 结 论
本文的分析表明:
(1)弹塑性屈曲荷载远小于线性屈曲荷载,也小于几何非线性屈曲的分析结果,因而结构是因为材料进入塑性状态而丧失承载力.
(2)当荷载超过一定值时,拱顶将产生较大位移,因此分析大跨度钢管混凝土拱桥稳定性时,需要考虑大变形、大位移的影响.
(3)结构的初始缺陷对茅草街大桥稳定性的影响很小.参考文献:
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1
86第6期
赵冬梅等:不定期多目标动态规划问题的非劣矩阵解法
《钢管混凝土拱桥》-----钢管混凝土拱桥的施工方法 福州大学土木工程学院 2014年06月16日
钢管混凝土拱桥的施工方法 摘要： 钢管混凝土拱桥以其强度高、跨越能力大、施工便捷、经济效果好、桥型美观等优点在我国桥梁中得到了广泛应用。钢管混凝土结构，是桥梁建筑业发展的一项新技术。在桥梁方面，已以各种拱桥发展到桁架梁等结构形式，并发展到钢管混凝土作劲性骨架拱桥。其施工方法发展很快，已经应用的有无支架吊装法，支架吊装法，转体施工法等。 1、引言 钢管混凝土拱桥的发展与应用在我国仅有十余年的历史，但发展很快，已遍及全国广大地区，目前已经建成的就达80余座，在建的也有30余座。这主要是因为钢管混凝土组合材料的优越性决定的。关于钢管拱肋的加工、拼装、成拱、吊装工艺，对此类结构的施工技术、施工规范、质检和监理程序与指标、施工定额及管理等方面的研究和经验虽然有所积累，但仍不多见。广泛交流施工经验，研究制定和完善该类桥梁统一可行的规范规程，探讨其施工经济技术指标，是目前建造此类桥梁急待解决的课题之一。 从目前国内的钢管混凝土拱桥的施工实践来看，其施工方案主要有：无支架缆索吊装；少支架缆索吊装；整片拱肋或少支架吊装；吊桥式缆索吊装；转体施工；支架上组装；千斤顶斜拉扣索悬拼。以上除千斤顶斜拉扣索悬拼施工外其余施工安案都与普通混凝土拱桥安装类似，本文主要介绍钢管混凝土拱大桥的施工方法及其注意事项。 2、钢管混凝土拱桥的施工方法及其注意事项 钢管混凝土拱桥施工的主要环节包括：钢管拱肋的加工制作、钢管拱肋的架设、钢管混凝土的灌注、安装桥面系等。 2.1 钢管拱肋的加工制作
为了保证加工质量，拱肋通常在工厂制作。首先由定尺的钢板卷制成长(分段长度视运输条件而定)的单节直管，再根据设计拱轴线、预留拱度等进行放样、煨弯、焊接组成拱肋。出厂前在刚性平台上进行大样拼组，验收合格后进行初级防腐，然后分段出厂。应钢管焊接采用坡口焊，焊管对接的纵缝及上下钢管的环节均需错开。焊接时及时对焊缝收缩及日照温差引起的误差进行修正，以防误差积累。对每条焊缝要进行严格的探伤检查，发现问题及时处理，确保拱肋加工质量。 2.2 钢管拱肋的架设 钢管混凝土拱桥通常是先架设空钢管形成裸拱，再在其中灌注混凝土形成钢管混凝土拱；或再将其作为劲性骨架，在外部包上钢筋混凝土形成复合拱肋。钢管拱肋的架设可以根据不同的施工条件采用不同的施工方法，主要有搭支架施工法、无支架缆索吊装法、平转法、竖转法、以及多种方法的综合运用的施工方法。 2.2.1 搭支架施工法 搭支架施工法就是在桥位处按照钢管拱肋的设计线型加预拱度，拼装好支架，在支架上就位拼装、焊接成拱的施工方法。支架可采用满堂式、或者分离式、或者两种方式的结合。如：三峡莲沱大桥的两边跨、天津彩虹大桥等。 支架的设置按拱肋的轴线和段接头位置及高程，在精确定位后，就每个段接头的高度设计相应的支架高度（该高度考虑了支架、支承结构的变形和施工预拱度），经计算确定支架的形式和材料，满足强度、稳定及刚度要求，支承处圆弧和坡度应和该处的拱肋设计完全吻合，以保证较大的支承面积和钢管拱肋的稳定。吊装时用索道吊运到位初步控制合格后，拱肋的一端采用焊搭板螺栓联接，另一端用两道临时缆风护设稳定，合拢段在准确测量出实际的长度和待合拢段拱肋的长度根据实际将多余的长度割掉后按吊装顺序吊装，到位后两端精确对位连接。吊装顺序如图1所示。
钢管混凝土拱桥的施工方法 钢管砼结构，由于能通过互补使钢管和混凝土单独受力的弱点得以削弱甚至消除，管内混凝土可增强管壁的稳定性，钢管对混凝土的套箍作用，使砼处于三向受力状态，既提高了混凝土的承载力，又增大了其极限压缩应变，所以自钢管砼结构问世以来，是桥梁建筑业发展的一项新技术，具有自重轻、强度大、抗变形能力强的优点，因而得到突飞猛进的发展。在桥梁方面，已以各种拱桥发展到桁架梁等结构形式，并发展到钢管混凝土作劲性骨架拱桥。其施工方法发展很快，已经应用的有无支架吊装法，支架吊装法，转体施工法等。 1 拱肋钢管的加工制作 拱肋加工前，应依理论设计拱轴座标和预留拱度值，经计算分析后放样，钢管拱肋骨架的弧线采用直缝焊接管时，通常焊成1.2-2.0m的基本直线管节；当采用螺旋焊接管时，一般焊成12.0~20m弧形管节。对于桁式拱肋的钢管骨架，再放样试拼，焊成10m左右的桁式拱肋单元，经厂内试拼合格后即可出厂。具体工艺流程为：选材料进场材料分类材质确认和检验划线与标记移植编号码下料坡口加工钢管卷制组圆、调圆焊接非坡口检验附件装配、焊接单节终检组成10m左右的大节桁式拱肋焊接无损检验大节桁式拱肋终检 1：1大样拼装检验 防腐处理出厂。 当拱肋截面为组合型时，应在胎模支架上组焊骨架一次成型，经尺寸检验和校正合格后，先焊上、下两面，再焊两侧面（由两端向中间施焊）。
焊接采用坡口对焊，纵焊缝设在腔内，上、下管环缝相互错开。在平台上按1：1放样时，应将焊缝的收缩变形考虑在内。为保证各节钢管或其组合骨架拼组后符合设计线型，可在各节端部预留1cm左右的富余量，待拼装时根据实际情况将富余部分切除。钢管焊接施工以“GBJD05—83、钢结构施工和施工及验收规范”的规定为标准。焊缝均按设计要求全部做超声波探伤检查和X射线抽样检查（抽样率大于5%）。焊缝质量应达到二级质量标准的要求。 2 钢管混凝土拱桥的架设 2.1无支架吊装法 2.1.1缆索吊机斜拉扣挂悬拼法 具体做法与其他拱肋的架设相似，只是钢管混凝土拱肋无支架架设方案用于较大跨度，它可根据吊机能力把钢管拱肋合成几大段进行分段对称吊装，并随时用扣索和缆风绳锚固，稳定在桥位上，最后合拢。如净跨度150m 四川宜宾马鸣溪金沙江大桥，为钢筋混凝土箱拱，分五段吊装，吊重700KN。广西邕宁邕江大桥，主跨312m的钢管混凝土劲性骨架箱肋拱，每根拱肋的钢管骨架分9段吊装，吊重590KN。四川万县长江大桥，跨径420m的钢管混凝土劲性骨架上承式拱桥，分36段吊装，吊重612.5KN。 缆索吊机斜拉扣挂悬拼法施工是我国修建大跨度拱桥的主要方法之一。施工理论成熟，施工体系结构简单，施工调整与控制较方便。但这种方法起吊端要有一定的施工场地，缆索跨度较桥跨要大，用缆索较多，主塔架与扣索塔架相互分开，存在受压杆稳定要求塔高不能过高，并且要设置各种缆风索而占地面积较大。
大跨度中承式钢管混凝土拱桥设计 陈勇勤1,邢 燕2,杨洁琼1,胡亚琴1 (1.浙江省公路水运工程咨询公司,浙江杭州310004;2.大连市政设计院有限责任公司,辽宁大连116011) 摘 要:以大连市开发区滨海路四号桥为例,介绍大跨度中承式钢管混凝土拱桥的总体设计、平面静力分析、空间静力分析、稳定分析和施工工艺的要点。 关键词:拱桥;钢管混凝土结构;系杆拱;桥梁设计中图分类号:U444.22;TU528.59 文献标识码:A 文章编号:1671-7767(2007)03-0018-03 收稿日期:2007-02-01 作者简介:陈勇勤(1975-),女,工程师,1998年毕业于重庆交通学院桥梁工程系,工学学士,2001年毕业于重庆交通学院桥梁与隧道工程专业,工学硕士。 1 工程简介 大连开发区滨海路,是继大连市内滨海路之外 的又一条著名滨海景观旅游线路。滨海路四号桥位于这条旅游线路的中部,桥梁走向南北,背靠山峦,面临黄海。建设单位对该桥的景观要求极高,同时要求尽量降低造价,减少维修养护费用。该设计以美观、靓丽、新颖、独特为出发点,同时兼顾到实用经济、安全合理。该桥的自然条件如下。 (1)水文:桥址与海岸的距离为200m 左右,潮汐对该桥没有影响。 (2)气象:桥位紧靠黄海,历年最大风速为29m/s ,发生在4月;极大风速为48.7m/s ,发生在8 月。通常夏季盛行东南风,其它时节以西北风为主。8月平均最高气温为27.5℃,1月平均气温为-5.5℃,属寒冷地区。最大冻结深度0.5m 。 (3)地质:桥址处为沟谷,设计桥面和谷底的最 大高差约15m ,沟谷边坡坡度为1∶2,谷底为旱地。该地区石英岩广泛分布,地质钻孔由上至下依次为素填土、碎石、强风化石英岩、中风化石英岩。其中,中风化石英岩岩面较浅,岩层稳定,是良好的持力层。 综合考虑地质条件和周围景观环境,在方案设计中,共选择3个方案:自锚式悬索桥、V 形墩连续梁桥、中承式钢管混凝土拱桥。上述方案经开发区有关领导及专家讨论评审,最终选定主拱为160m 跨的中承式钢管混凝土拱桥,采用单索面、异型拱肋。桥面系采用三跨连续梁体系,桥梁全长180m ,主跨150m ,两边跨各15m 。滨海路四号桥布置示意见图1。 图1 滨海路四号桥布置示意 2 总体设计 2.1 主要设计技术标准 (1)桥面宽度:桥面总宽18.5m 。(2)设计速度:60km/h 。 (3)荷载标准:车辆荷载为公路-Ⅰ级;人群荷 载为2.5kN/m 2;温度影响力按年均升温15℃、降温25℃考虑;风载:基本风压强度取750Pa ;地震基本烈度为6度,按7度设防。2.2 拱肋 拱肋中段采用圆端形钢管混凝土[1],肋高1.5m 、宽3.2m 。拱轴线为二次抛物线,抛物线方程为 Y =6.6X 2 /1000(坐标原点位于拱顶中心线位置)。 拱肋两端为人字形,拱轴线为直线,采用直径为2m 的圆形钢管混凝土。中拱肋和边拱肋的拱轴线在相交处相切。 该中承式钢管混凝土拱桥计算跨径160m ,拱肋矢跨比1/4.32,矢高37.036m 。 8 1世界桥梁 2007年第3期
大跨度钢筋混凝土拱桥施工工法 1、前言 随着我国公路事业的高速发展，箱形拱桥工量少、自重轻、截面合理，近年来在大跨度钢筋砼拱桥中被广泛应用。我公司先后承建了陕西省境内的包（头）—茂（名）高速公路毛坝至陕川界MC4合同段，渝（重庆）—昆（明）高速公路云南省境内的水富至麻柳湾23合同段等工程项目，均包括大跨度钢筋混凝土拱桥结构。其中水富至麻柳湾23合同段在施工中大力开展科技攻关，不断完善施工工艺，成功的解决了主拱圈下部原地面基础处理和下沉；扣件钢管拼装满堂式拱架的搭设方法和要求；支撑主拱圈底模的1-80 米弧形杆件的材料选择与制作；主拱圈加载程序和下部支撑卸载程序；主拱圈间隔槽的预留位置；合拢温度的选择；混凝土分段和浇注顺序；拱上运输系统的布置；消除拱架形、控制主拱圈变形等关键技术难题，本工法是在总结上述成功经验的基础上形成的。 2、工法特点 公路工程大跨度钢筋混凝土拱桥，近年来的桥跨已经发展到140m现代桥梁,它是集桥梁结构学、结构力学、地质结构学与材料科学等技术为一体，具有很高的技术含量和远景发展。大跨度钢筋混凝土拱桥具有以下特点： 2.1 对原地面进行处理后采用满堂支架系统克服了传统的土牛胎易产生不均匀沉降导致支架下沉引起主拱圈变形开裂及填筑挖出土牛胎增加工程量的弊端，有效防止了拱架下沉拱圈变形，保证了施工质量。 2. 2 支撑体系和模板系统位于稳固的地基上，安全系数高，不易下沉，结构受力合理，支架、模板安装拆卸方便，操作简单，支架和模板适用
范围广，可再利用。 2.3. 拱圈采用钢筋砼分段现浇，整体性强，结构轻盈，自重小，线性美观，减少了砼用量，节约了投资。 2.4. 施工工艺完善、简便，可操作性强，降低劳动强度，便于推广。 2.5.施工速度、施工质量容易得到保证。 3、适用范围 本工法适用于公路大跨度钢筋混凝土箱形拱桥采用现浇的主拱圈，适合拱圈下部为水流不大的山谷、沟壑、坑洼、平地、河流，跨度50～140m 的钢筋混凝土拱桥施工。 4.工艺原理 大跨度钢筋混凝土拱桥设计理念先进，施工技术成熟，具有广阔的市场前景。通过混凝土原材料把关、配合比选定、埋设循环水管、混凝土搅拌、运输、浇注过程的控制，以及后期通过混凝土养护、控制水温以降低混凝土内外温差，防止大体积混凝土出现裂缝，保证大体积混凝土施工质量。 5、施工工艺 5.1 拱架地基处理 将跨径范围左右共宽13m投影面下的沟槽表层植被、浮土与挖基倾倒土全部清除后，纵横方向挖成错台，横向靠近两桥台处尤其近1号台处的自然坡度大，依土质和风化岩石层的具体情况分别处理为不同宽度及外坡的错台，清除错台废方。顺桥向左侧拱架支承面的外缘，施作一浆砌片石挡土墙, 砂浆标号M7.5.基础处理深度依地质情况而定，但不宜小于0.5m。挡墙顶宽0.8m，外坡直立，内侧背坡依挡墙高度定为1:0.3。挡墙高度在2～4 m。
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ＥｃｏｎｏｍｙｉｎＡｒｅａｓｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ （ＴＥＡＣ）２００６年第３期（总第３５期） 交通科技与经济 钢管混凝土结构早在１９世纪８０年代就已经出现，钢管混凝土技术最早是在前苏联、美国、日本以及西欧等国家得到较好的发展与应用。在我国，钢管混凝土材料已被广泛应用于建筑行业。在桥梁工程方面，钢管混凝土材料也被广泛采用，主要应用于大跨径拱桥，已经建成数量可观的钢管混凝土拱桥，在特殊情况下也被用为桥墩材料。 钢管混凝土组合材料，结合两种不同力学性质材料的优点，具有独特的工作特点：弹性工作而塑性破坏，承载力高而极限压缩变形大。其应力应变关系接近于钢材的性能。这种材料应用于拱桥，与钢筋混凝土拱桥相比，增大了拱桥的跨径，而且使桥梁结构轻盈，提高了桥梁的观赏性，这种桥型的优点在城市桥梁中表现的尤为突出。 随着国民经济的不断发展，交通量显著增长，车辆轴重不断加重，车辆数不断增加，车辆密度也随之提高，与此同时，对桥梁结构的稳定与振动性能的要求也随之提高。随着跨度的增大，研究人员开始对钢管混凝土拱桥的动力性能也进行研究，对移动荷载作用下桥梁与车辆的动态响应也十分关注，从古典的弹簧质点体系到现代车桥相互作用理论，已经进行了不少研究，提出了一个较为综合的模型来模拟桥梁与汽车共同作用组成的系统，但在实际应用时有一定的局限性。 １车桥耦合振动 在车辆动荷载作用下或者风力、地震、地面运动作用下，桥梁结构产生的振动会增大结构所受的内力，可能引起结构的局部疲劳损伤，或者会影响桥梁行车的舒适性与安全性，甚至使桥梁完全破坏。所以，桥梁的设计计算中都包含有车辆荷载动力作用的内容；对于大跨度的吊桥、斜拉桥以及大跨度的拱桥还需要通过理论计算和模型实验，来保证架设时 和建成后的动力稳定性、行车舒适性和安全性。 桥梁结构振动，是伴随着外作用输入（车辆动荷载、风力、地震波）和摩擦损耗（材料的内摩擦和连接及支承的摩擦），结构体系的变形能量和运动能量相互转换的周期过程。体系振动受到外作用输入影响的多少，与它固有频率和输入作用的频率之比密切相关。 同样，车辆的振动，也是伴随着外作用的输入 （路面、桥面对行驶车辆的作用力）和摩擦损耗，体系的变形能量和运动能量相互转化的过程。其振动受到外作用输入影响的多少，也与其固有频率和输入作用的频率之比密切相关。 车桥耦合振动，就是当车辆行驶通过桥梁时，伴随着车辆与桥梁之间的作用力作为外作用，同时对车辆体系和桥梁结构输入，车辆和桥梁产生的相互影响、 相互制约的振动。在车桥耦合振动中，车辆任意时刻的振动情况都会改变车辆对桥梁的作用力，进而改变桥梁结构的振动情况；同样，桥梁结构任意时刻的振动情况也会改变桥梁对车辆的作用力，进而改变车辆的振动情况。两个体系的振动相互影响、相互制约，使其可以看作一个车辆桥梁体系的振动。 车辆与桥梁的相互作用是十分复杂的现象，它受很多因素的影响，主要有：车辆的动力特性，包括车辆的轴数、轴距、轴重、自振频率以及减振装置和弹簧中摩擦装置提供的阻力；桥跨结构的动力特性，如桥跨结构的几何尺寸、结构型式、支撑条件、质量和刚度分布；车速；桥头引道与桥面平整度，桥头沉陷及伸缩装置的状况；车辆的数量和在桥上行驶的位置等。 图１依兰牡丹江钢管混凝土桥有限元模型 ２应用算例与分析 依兰牡丹江大桥位于黑龙江省依兰古城西１ｋｍ，原哈同公路牡丹江上游２５６ｍ处，属同江—— —三亚公路北段黑龙江省境内，是跨越牡丹江的一座大型桥梁。根据桥位地形特点， 【摘要】钢管混凝土材料在桥梁工程中已经得到了广泛的应用，随着研究的深入展，钢管混凝土拱桥在车辆荷载作用下的振动特性研究也备受关注。以依兰牡丹江钢管混凝土拱桥为例，通过编制程序以及对计算结果的分析，讨论了车速对此桥梁结构的车桥耦合振动的影响，并提出相关意见，为大跨度钢管混凝土拱桥的设计提供参考。【关键词】车速；大跨度钢管混凝土拱桥；车桥耦合振动；影响因素【中图分类号】Ｕ４４８．３４ 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１００８－５６９６－（２００６）０２－００５２－０２ 车速对大跨度钢管混凝土拱桥车桥耦合振动的影响分析 ●刘舒１，王宗林１，王淑涛 ２ （１．哈尔滨工业大学，哈尔滨１５００９０；２．路桥集团桥梁技术有限公司，北京１０００１０） 投稿日期：２００５－１１－１０ 作者简介：刘舒（１９８１－），女，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生，研究方向： 桥梁与隧道工程。
大跨度钢筋混凝土拱桥斜拉扣挂法悬臂浇筑施工关键技术 尹洪明郭军肖沾 （中交一公局四公司广西南宁 530000） 摘要:钢筋混凝土拱桥悬臂施工法分为悬臂拼装法和悬臂浇筑法两大类。悬臂浇筑法主要采用挂篮悬臂浇筑施工，根据国内外目前的工艺技术又可以分为采用塔架斜拉扣挂法和悬臂桁架浇筑法。而悬臂浇筑法施工的拱桥在国内日前仅建成3座，都采用塔架斜拉扣挂法施工，且因为施工情况又存在不同，技术理论不够完善，整体还处在起步阶段，为进一步完善悬臂浇筑拱桥的施工技术，本文以在建的马蹄河特大桥为背景，谈论大跨度塔架斜拉扣挂法悬臂浇筑拱桥的关键施工技术控制。 关键词:悬臂浇筑斜拉扣挂箱拱挂篮索力优化施工技术 0 前言 拱桥是一种以受压为主的结构,受力合理, 外形美观, 是我国公路上广泛采用的一种桥梁体系。随着钢筋混凝土的出现，拱桥的施工技术得到提升，跨越能力增大，大跨度混凝土箱拱造价低廉、施工方便、养护简单，在我国适合贵州、广西、云南等多山地区。制约混凝土箱拱跨度的一个重要因素是施工方法，拱桥的施工方法一般有缆索吊装法、劲性骨架法、转体施工法、悬臂施工法、悬臂施工与劲性骨架组合法等。小跨度箱拱可以采用支架施工或分多个节段吊装，随着跨度增大，山区沟谷多，环境条件限制，提出采用的悬臂施工法更能适应山区拱桥发展。 悬臂法分为悬臂拼装法和悬臂浇筑法，我国钢筋混凝土拱桥发展在20世纪70年代得到提升，伴随无支架缆索吊装技术的成熟和设计方法进步，才逐渐出现了大跨度的钢筋混凝土悬臂拼装拱桥。90年代后先后建造了跨度最大的中承式钢筋混凝土——广西邕林邕江大桥（312m,1996年）和世界第一跨的钢管混凝土劲性骨架钢筋混凝土拱桥——重庆万州长江大桥（420m，1997年）。然而，随着时间发展，国家对工程质量、技术要求更高，悬臂拼装法需要足够大的预制空间和吊装能力，且成拱后拱圈接头多，整体性不高，在进几年开始推广挂篮悬臂浇筑施工的钢筋混凝土拱桥，由于主拱圈采用挂蓝浇筑一次成形、无需分环、工艺简单、整体性好、施工中横向稳定和抗风性能好、运营阶段养护费用低、耐久性好的特点。 而在国外，20世纪60年代就开始采用悬臂浇筑施工拱桥，目前施工技术已经比较成熟，最大跨径由德国2000年建造的WildeGera桥，跨径252m，我国建成挂篮悬浇拱桥仅有三座，2007年净跨150m的白沙沟1#大桥、2009年净跨182m的新密地大桥，2010年净跨165m的木蓬特大桥，以及在建净跨180m的马蹄河特大桥，且都采用斜拉扣挂悬臂浇筑施工。
钢管混凝土系杆拱桥的养护 摘要：近年来，我国陆续修建了数十座钢管混凝土拱桥、系杆拱桥。这些桥梁建成后如何进行规范化管理、及时进行检查与养护维修工作，最大限度地延长桥梁的使用寿命已成为我们必须面临的新课题。针对钢管混凝土系杆拱桥的自身结构特点，探讨了钢管混凝土系杆拱桥各关键部位的检查与养护方法，提出了易损件的更换办法，可为该类桥梁的日常管理与养护工作提供参考。 关键词：钢管混凝土拱桥；系杆拱桥；桥梁养护 1 引言 系杆拱桥为一种梁拱组合体系桥，以其造型美观、造价低廉备受人们喜爱，继1990年我国建成第一座钢管混凝土系杆拱桥---四川旺苍东河桥以来，国内已陆续建成了数十座这类桥梁。如：主跨360 m的丫髻沙大桥、主跨288 m的奉节梅溪河桥、主跨280 m的武汉晴川桥、主跨240 m的武汉江汉五桥等。据不完全统计，我国目前已建或在建的主跨200 m以上的大型钢管混凝土系杆拱桥已将近20座。 但这种体系桥最致命的弱点是其横梁直接吊挂在吊杆上。而吊杆多又采用预应力钢绞线，依靠钢绞线的预应力来抵抗荷载作用。一座桥中哪怕只有少数几根钢绞线断裂，甚至一根钢绞线断裂都会造成灾难性的后果。这类不少，重庆小南门桥即为典型事例。1990年建成的重庆小南门桥（已倒塌），主跨240米，建成时为当时亚洲最大跨度的混凝土拱桥，在中承式拱桥中居世界第一位。其吊杆采用21根Φ15mm钢绞线，每根钢绞线由7Φ5高强钢丝组成，外套钢套管。为考虑换索方便，梁地面至人行道顶面灌硫磺粘结材料，中间灌水泥沙浆。两端采用XM锚具。由于当地为酸雨地区，大气PH值约在4.6-5.6之间，环境腐蚀使外套管锈穿，进而锈蚀到内部钢丝。腐蚀加剧了钢丝的应力集中，应力集中使钢丝应力超过设计值，导致钢丝断裂、桥梁倒塌。 大型桥梁工程投资大，社会经济影响大，确保它们的安全运营是关系到国计民生的大事。桥梁建成后必须加强日常管理，经常进行检查及养护维修方能实现其设计寿命。如不注意检查、养护或养护方法不当将会大大缩短桥梁的使用寿命，甚至造成桥毁人亡的严重后果。在国外，特别是英美等西方发达国家，桥梁的养护、健康检测和修补加固在桥梁领域占主导地位，他们投入了大量的人力物力对桥梁的养护和健康检测进行研究，业已形成较完善的桥梁养护制度。特别是大型桥梁，由于其重要地位和复杂的结构受力形式，根据环境条件和结构特点，对每座桥梁都建立了专门的技术档案，养护制度和健康检测体系，以科学的方法准确把握桥梁的工作状态，对可能出现的隐患及时的预报和评估，及早采取适当的措施避免桥梁的严重损害，延长桥梁的使用寿命，以确保桥梁的安全运营。目前，国内桥梁的养护十分薄弱，大部分中、小型桥梁基本上没有进行养护，即使对大型桥梁，其养护也存在着很大的盲目性，缺少采用定期检查和养护的制度，更没有对桥梁的工作状态的连续监控，一般仅当外观发现严重的问题时才修修补补。对于大型桥梁，缺乏系统科学的保养制度将会显著缩短桥梁的使用寿命，甚至导致重大安全事故的发生。随着时间的推移，由于养护不当，又加上气候的原因，目前我国一些正在使用的桥梁已经出现病害，给桥梁的安全运营带来隐患。 钢管混凝土系杆拱桥，作为一种新型桥梁，国内目前尚未出台关于该类桥梁完整
吊杆长度复核计算 1.1主拱预拱度 1.1.1成桥状态拱顶位移 图1.1.1成桥状态下全桥竖向变形（图中单位：m） 成桥状态下，拱顶截面在恒载以及计入十年收缩徐变期的作用下的最大挠度为29cm. 1.1.2活载作用下拱顶位移 图1.1.2活载作用下全桥竖向变形（图中单位：m） 成桥状态下，拱顶截面在汽车荷载和人群作用下的最大挠度为2.8cm。
1.1.3预拱度分配计算 根据现行设计规范规定，某某大桥拱顶预拱度为29+2.8/2=31.8cm，实际设计单位拱顶截面取40cm，两者相差不大，设计单位已将预拱度考虑到钢管的制作中，所以在施工中按设计单位提供的预拱度（图09）进行线性控制。 1.2吊杆理论长度与实际下料长度 吊杆长度与拱肋高度、吊杆横梁高度、吊杆锚点位置、主拱预拱度等因素。 对某某大桥，主拱还设置了双向0.5%纵坡，桥面纵坡通过吊杆长度来实现，此外，因双向纵坡，还设置了R=20000m，T=100m，E=0.25m 的竖曲线。这些因素都必需在计算吊杆长度时予以考虑。 吊杆理论计算长度示意图 下弦主管上弦主管吊杆横梁 钢垫块 钢垫块 1.2.1理论吊杆长度 1、竖曲线对吊杆长度的影响 图1.2.1某某大桥竖曲线要素计算图式 根据《公路勘测设计》，各几何要素计算公式如下：
12i i W -=(1.2.1) Rw L = (1.2.2) 2 L T = (1.2.3) R T E 22= (1.2.4) R x y 22= (1.2.5) 式中：R ——竖曲线半径，m ； T ——切线长，m ； L ——竖曲线长度，m ； E ——竖曲线外距，m ； x ——竖曲线上任意一点P 距离竖曲线起点或终点的水平距离，m ； y ——竖曲线上任意一点P 距切线（即坡度线）的纵距，m 。 对某某大桥，i 2=-i 1=0.005，w=0.01,E=0.25,L=200,T=L/2=100, R=L/w=20000 1#~12#吊杆因竖曲线引起的吊杆长度变化量如表1.2.1 所示。 表1.2.1 1#~12#吊杆因竖曲线引起的吊杆长度变化量
摘要：介绍了上海城市轨道交通明珠线特殊大桥-苏州河桥（25m+64m+25m）的三跨中承式钢管混凝土梁-拱组合体系桥的设计特点，施工阶段划分及结构分析过程和施工难点处理措施。 关键词：钢管混凝土结构; 拱桥；设计与施工；徐变控制; 1 概述苏州河桥位于上海城市轨道交通明珠线跨越既有沪杭铁路苏州河桥桥位，与苏州河正交。桥梁需跨越苏州河及两岸的万航渡路和光复西路。河道通航标准为通航水位3.5m，ⅵ级航道，净宽20m，净高&=4.5m；两岸滨河路规划全宽20m（机非混行），其中机动车道宽8m；两侧非机动车道宽各3m；人行步道宽各3m；两岸滨河路机动车道净高&=4.50m，非机动车道净高&=3.50m，人行道净高&=2.5m。桥式采用25+64+25m三跨中承式钢管混凝土梁-拱组合体系桥，桥梁全长114m，宽12.5m。外部结构体系为连续梁，即拱脚与桥墩处以支座连接，内部为由主纵梁、小纵梁和横梁及钢管混凝土拱肋的组合结构体系。 2 钢管混凝土拱桥设计 2.1桥型选择本方案设计的主导思想是在现有桥梁结构的技术水平发展的基础上有所创新，桥梁造型与周围环境相协调，桥式方案力求新颖独特，并充分体现现代化大都市的节奏与气派。拱桥是一种造型优美的桥型，它的主要特点是能充分发挥材料的受压性能，而钢管混凝土的特点是在钢管内填充混凝土，由于钢管的套箍作用，使混凝土处于三向受压状态，从而显著提高混凝土的抗压强度。同时钢管兼有纵向主筋和横向套箍的作用，同时可作为施工模板，方便混凝土浇筑，施工过程中，钢管可作为劲性承重骨架，其焊接工作简单，吊装重量轻，从而能简化施工工艺，缩短施工工期。苏州河桥的桥型方案经过研究分析、结构优化及评估论证，最后采用25+64+25m飞鸟式钢管拱桥的设计方案。以抗压能力高的钢管混凝土作为主拱肋，以抗拉能力强的高强钢绞线作为系杆，通过边拱肋的重量，随着施工加载顺序逐号张拉系梁中的预应力筋以平衡主拱所产生的水平推力，最终在拱座基础中仅有很小的水平推力。拱脚与桥墩的连接由固接改为铰接，以避免由于轨道交通无缝线路产生的纵向水平力和温度应力引起拱脚过大的推力而导致拱脚处混凝土开裂，克服了拱桥对基础的苛刻要求。全桥总布置如图1： 2.2上部结构主桥为中承式拱桥，主拱理论轴线为二次抛物线，矢跨比为1:4，其中桥面以下部分采用c50钢筋混凝土结构，截面为带圆角的矩形截面。桥面以上部分采用钢管混凝土结构，钢管截面为圆端形，采用a3钢，钢管壁厚16mm，外涂桔红色漆，内填c55微膨胀混凝土。边拱矢跨比为1:7.4，理论轴线为二次抛物线，截面采用钢筋混凝土矩形截面，按偏心受压构件设计。拱上立柱采用圆形截面钢管混凝土立柱，下端与边拱肋固结，上端设聚四氟乙烯球冠形铰支座，与边纵梁铰接。主拱每侧设7根吊杆，间距约6.4m，吊杆采用挤包双护层大节距扭铰型拉索，吊杆钢索双护层均为高密度聚乙烯护层（pe+pe桔红色），锚具为冷铸墩头锚。吊杆上端锚固在钢管混凝土拱肋内，下端锚固在横梁底部。主拱桥面以上部分共设三道一字型风撑，每侧边拱设三道横撑，主拱设一道横撑，以增加全桥的稳定性。拱座采用钢筋混凝土结构，每墩设两个拱座。通过横撑相连。拱座施工时应预先埋好立柱钢管、主拱及边拱伸入拱座内的钢筋，准确对位。桥面系为由边纵梁、横梁、小纵梁及现浇桥面板组成。边纵梁为箱形断面，边孔与边拱肋相接部分及中拱与边纵梁连接部分为矩形断面，采用c50级部分预应力混凝土结构，在恒载及自重作用下为全截面受压构件。横梁采用c50级预应力混凝土结构，全桥共设小横梁15片，端横梁2片，中横梁与边纵梁接合处2片。全桥共设四片小纵梁（全桥通长）与横梁固结在一起形成格构体系。桥面板采用c40级钢筋混凝土板，桥面板采用在格构系上现浇的方法处理。桥面板的钢筋布置应采取防迷流措施。桥面排水原则上采用“上水下排”，即横坡加导水槽方式，在桥梁横断面内设0.5%的横坡。承轨台每隔一定的距离断开，向两侧排水。桥面上部建筑设施包括混凝土道床及轨道、通信信号电缆支架、隔音屏、防噪柱及接触网腕臂柱。桥面布置有：聚氨脂防水层、0.5%双向排水
大跨度钢筋混凝土拱桥施工工法 （杨忠领） （中铁十六局集团五公司河北唐山 063030） 摘要：本工法成功的解决了主拱圈下部原地面基础处理和下沉；满堂脚手架的搭设方法和要求；支撑主拱圈底模的1-80米弧形杆件的材料选择与制作；主拱圈加载程序和下部支撑卸载程序；主拱圈间隔槽的预留位置；合拢温度的选择；混凝土分段和浇注顺序；拱上运输系统的布置；消除拱架变形、控制主拱圈变形等关键技术难题，对类似工程的施工有一定的借鉴作用。 关键词：大跨度钢筋混凝土拱桥工法 一、前言 箱形拱圬工量少、自重轻、截面合理，近年来在大跨度钢筋砼拱桥中被广泛应用。国道318线甘孜境段二郎山至康定公路改造工程滴水岩大桥为1-80m悬链线钢筋混凝土箱形拱桥，是全线的控制工程。主拱圈正拱斜置，跨度80m，厚度1.4m，宽8.96m，矢跨比1/6，是全桥结构受力最复杂，施工难度最大的部位。拱上结构为空腹式，共设8孔腹拱，腹拱圈为等截面圆弧拱，净跨5.5m，横墙厚度0.8m。0#桥台下部为明挖扩大基础，拱座以上台身为引桥式桥台,引桥为1-13m预应力空心板桥，1#桥台为重力式Ｕ形桥台，基础为明挖扩大基础。中铁十六局集团五公司在施工中大力开展科技攻关，不断完善施工工艺，成功的解决了主拱圈下部原地面基础处理和下沉；满堂脚手架的搭设方法和要求；支撑主拱圈底模的1-80米弧形杆件的材料选择与制作；主拱圈加载程序和下部支撑卸载程序；主拱圈间隔槽的预留位置；合拢温度的选择；混凝土分段和浇注顺序；拱上运输系统的布置；消除拱架变形、控制主拱圈变形等关键技术难题，大跨度钢筋混凝土拱圈施工技术研究获集团公司科技进步奖，本工法是在总结上述成功经验的基础上形成的。 二、工法特点 1.对原地面进行处理后采用满堂支架系统克服了传统的土牛胎易产生不均匀沉降导致支架下沉引起主拱圈变形开裂及填筑挖出土牛胎增加工程量的弊端，有效防止了拱架下沉拱圈变形，保证了施工质量。 2.支撑体系和模板系统位于稳固的地基上，安全系数高，不易下沉，结构受力合理，支架、模板安装拆卸方便，操作简单，支架和模板适用范围广，可再利用。 3.拱箱采用钢筋砼预制件组装，底板、纵缝、边腹板、顶板采用现浇，整体性强，结构轻盈，自重小，线性美观，减少了砼用量，节约了投资。 4.施工工艺完善、简便，可操作性强，降低劳动强度，便于推广。 5.施工速度快，施工质量容易得到保证， 三、适用范围 本工法适用于公路大跨度钢筋混凝土箱形拱桥采用预制与现浇相结合的主拱圈施工、适合拱圈下部为水流不大的沟壑、坑洼、平地。主拱圈下部为河流时不适用。 四、施工工艺 （一）、拱架地基处理 在跨径范围左右共宽13米投影面下的沟槽表层植被，浮土与挖基倾倒土全部清除后，纵横方向
潜江河大桥计算书 1．基本信息 1.1.工程概况 祥和路位于安庆市新城中心区，是安庆市城市规划中一条重要的东西走等主要城市道路交叉。顺安路至潜江路之间路基按38米设计，本桥——潜江河大桥位于顺安路和潜江路之间。 本桥位于规划河流潜江沟上，潜江沟规划河底宽度45m，上口宽度80~100m，设计采用1×60m下承式钢管混凝土系杆拱跨越。 1.2.技术标准 （1）设计荷载：公路－Ⅰ级，人群荷载集度3.5kN/m2。 （2）桥面横坡：双向1.5％。 （3）桥梁横断面：2×[4.5m(人行道)+4.5 m(非)+2.5m(隔离带)]+15m(车)=38m(全宽)。 （4）地震动峰值加速度0.1 g（基本烈度7度），按8度抗震设防。 （5）环境类别：I （6）年平均相对湿度：70% （7）竖向梯度温度效应：按现行规范规定取值。 （8）年均温差：按升温20℃。 （9）结构重要性系数：1 1.3.主要规范 《城市桥梁设计准则》（CJJ 11－93） 《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60－2004) 《桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01－2008) 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JT GD62-2004) 《公路桥涵地基与基础设计规范》(JT GD63-2007)
《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011） 《城市桥梁工程施工与质量验收规范》（CJJ2-2008） 《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86） 《钢管混凝土结构设计与施工规程》（CECS28：90） 《钢管混凝土结构技术规范》（DBJ 13-51-2003）福建省地方标准 《钢结构设计规范》（GB 50017-2003） 其他相关的国家标准、规范 1.4.结构概述 桥梁横向布置：4.5m（人行道）+4.5m（非机动车道）+2.5m（隔离带）+15m（机动车道）+2.5m（隔离带）+4.5m（非机动车道）+4.5m（人行道），桥梁总宽38m。采用1×60m下承式钢管拱结构，计算跨径60m，矢跨比1/4。拱肋采用D=150cm，t=2cm单圆形钢管，内灌微膨胀混凝土；系梁采用150cm×180cm预应力混凝土结构，系梁在拱脚位置加宽到200cm，加高到240cm宽；端横梁采用360cm×190cm双室箱梁，腹板厚度50cm；中横梁采用底宽65cmT梁，梁高135cm；桥面板厚25cm。系梁、横梁及桥面板采用整体支架现浇，结构整体性好；吊杆间距4m，采用新型低应力防腐拉索PESFD7-109；横向设五道风撑，风撑D=80cm，t=16mm钢管。 1.5.主要材料及材料性能 （1）混凝土：C50，重力密度γ=26.0kN/m3，弹性模量为Ec=3.45×104MPa； （2）钢管混凝土：Q345C钢管，内部填充C50微膨胀混凝土，计算内力时，刚度直接叠加；计算挠度与一类稳定时，考虑混凝土折减，折减系数0.8。 （3）预应力钢筋：弹性模量E p=1.95×105MPa，松驰率ρ＝0.035，松驰系数ζ＝0.3； （4）锚具：锚具变形、钢筋回缩取6mm（一端）； （5）金属波纹管：摩擦系数：ｕ＝0.25；偏差系数：κ＝0.0015；
钢管混凝土拱桥施工 1钢管混凝土拱桥所用钢管直径超过600mm的应采用卷制焊接管，卷制钢管宜在工厂进行。在有条件的情况下，优先选用符合国家标准系列的成品焊接管。 2成品管及制管用的钢材和焊接材料等应符合设计要求和国家现行标准的规定，具备完整的产品合格证明。 3钢管拱肋（桁架）加工的分段长度应根据材料、工艺、运输、吊装等因素确定。在加工制作前，应根据设计图的要求绘制施工详图，包括零件图、单元构件图、节段单元图及组焊、拼装工艺流程图等。加工前应按半跨拱肋进行1：1精确放样，注意考虑温度和焊接变形的影响，并精确确定合龙节段的尺寸，直接取样下料和加工。 4工地弯管宜采用加热顶压方式，加热温度不得超过800℃。钢管对接端头应校圆，除成品管按相应国家标准外，失圆度不宜大于钢管外径的0.003倍。钢管的对接环焊缝可采用有衬管的单面坡口焊和无衬管的双面熔透焊。两条对接环焊缝的间距应符合设计要求，设计无规定时，直缝焊接管不小于管的直径，螺旋焊接管不小于3m。对接径向偏差不得超过壁厚的0.2倍。为减少运输及安装过程中对口处的失圆变形，应适当在该处加设内支撑。 5拱肋（桁架）节段焊接宜要求与母材等强度焊接。所有焊缝均应按规定进行强度和外观检查，宜要求主拱的焊缝达到二级焊缝标准。对接焊缝应100％进行超声波探伤，其质量检查标准可按照本规范第17章的有
关规定执行。 桁架式钢管拱主管与腹管采用相贯焊接时，宜采用自动或半自动的加工方式来保证相贯线和坡口的制作精度，对焊接材料和工艺的选择在满足焊接接头强度的原则下，应尽量提高接头的韧性指标。要力求避免和减少焊缝多次相交的不良结构细节。 6在钢管拱肋（桁架）加工过程中，应注意设置混凝土压注孔、防倒流截止阀、排气孔及扣点、吊点节点板。如拱肋（桁架）节段采用法兰盘连接，为保证螺栓连接的精度，宜采用3段啮合制孔工艺。对压注混凝土过程中易产生局部变形的结构部（如腹箱）应设置内拉杆。 7钢管拱肋（桁架）节段形成后，钢管外面应按设计要求做长效防护处理，宜采用热喷涂防护，其喷涂方式、工艺及厚度应符合设计要求。可参照有关规定执行。 二、钢管拱肋（桁架）安装 1钢管拱肋（桁架）的安装采用少支架或无支架缆索吊装、转体施工或斜拉扣索悬拼法施工的，可参照本章有关规定执行。 2钢管拱肋成拱过程中，应同时安装横向联接系，安装联接系的不得多于一个节段，否则应采取临时横向稳定措施。 3节段间环焊缝的施焊应对称进行，施焊前需保证节段间有可靠的临时连接并用定板控制焊缝间隙，不得采用堆焊。合龙口的焊接或栓接作业应选择在结构温度相对稳定的时间内尽快完成。 4采用斜拉扣索悬拼法施工时，扣索与钢管拱肋的连接件应进行设计计算。扣索根据扣力计算采用多根钢绞线或高强钢丝束，安全系数应大于
第５卷第３期徐州建筑职业技术学院学报ｖ。１．５№．３２００５年９月ＪＯＵＲＮＡＬ０ＦＸＵＺＨＯＵＩＮＳＴＩＴＵＴＥ０ＦＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＡＬＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＳｅｐ．２００５ 大跨度钢管混凝土拱桥拱肋少支架安装法 周水兴 （重庆交通学院桥梁及结构工程系，重庆４０００７４） 摘要：结合实际工程介绍了少支架安装法在大跨度钢管混凝土拱桥中的应用，着重分析说明了 在安装过程中预抬高量计算、地基沉陷以及各节段间标高控制方法．实践证明，少支架法安装大跨 度钢管混凝土拱桥是合理的，不仅安全稳定性好，而且施工快、费用低． 关键词：钢管混凝土拱桥；少支架法；拱肋安装；施工控制 中图分类号：Ｕ４４５．４６文献标识码：Ａ文章编号：１００９—８９９２（２００５）０３—０００１一０３ ＥｒｅｃｔｉｏｎｏｆＲｉｂｓｏｎＬａｒｇｅ—ＳｐａｎＣＦＳＴ ＡｒｃｈＢ“ｄｇｅｓｗｉｔｈＭｅｔｈｏｄ０ｆＬｉｍｉｔｅｄＢｒａｃｋｅｔｓ ＺＨＯＵＳ＾甜ｉ—ｚｉ咒ｇ （ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＢｒｉｄｇｅＷｏｒｋａｎｄＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉＶｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００７４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆａｐｒａｃｔｉｃａｌｐｒｏｊｅｃｔ，ａｂｒｉｅｆｉｎｔｒｏｄｕｃａｔｉｏｎｉｓｍａｄｅｏｎｔｈｅａｐｐｈｃａｔｉｏｎｏｆ ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｌｉｍｉｔｅｄｂｒａｃｋｅｔｓｏｎｌａｒｇｅ—ｓｐａｎＣＦＳＴａｒｃｈｂｒｉｄｇｅｓ，ａｎｄａｎｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎｉｓａｄｄｅｄｔｏ ｔｈｅｃａｍｂｅｒｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｅｔｔｉｎｇｏｆｓｕｂｇｒａｄｅａｎｄｔｈｅｅｌｅｖａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｏｖｅｒｔｈｅｐａｎｅｌｊｏｉｎｔｓｉｎ ｔｈｅｅｒｅｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｐｒａｃｔｉｃｅｓｈｏｗｓｔｈａｔｉｔｉｓｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｔｏｅｒｅｃｔｒｉｂｓｏｎ１ａｒｇｅ—ｓｐａｎＣＦＳＴ ａｒｃｈｂｒｉｄｇｅｓｗｉｔｈｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆ１ｉｍｉｔｅｄｂｒａｃｋｅｔｓ，ｗｈｉｃｈｔａｋｅｓｐｒｉｏｒｉｔｙｏｆｈｉｇｈｓｅｃｕｒｉｔｙａｎｄｓｔａ— ｂｉｌｉｔｙ，ｑｕｉｃｋｎｅｓｓａｎｄ１０ｗｃｏｓｔｉｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＦＳＴａｒｃｈｂｒｉｄｇｅ；ｍｅｔｈｏｄｏｆｌｉｍｉｔｅｄｂｒａｃｋｅｔｓ；ｅｒｅｃｔｉｏｎｏｆａｒｃｈｒｉｂｓ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｎｎｔｒｏｌ 钢管混凝土拱桥拱肋的安装常用无支架缆索吊装法和转体施工法［１］，这两种方法主要用于跨越山谷、大江大河等不适宜搭设支架或根本无法搭设支架的场合．其特点是需要专业的施工队伍，施工难度大，技术要求严，费用较高．在拱肋离地面不高或桥下水位不深，通过缩窄河道可以留有足够开阔平整的场地的情况下，可采用少支架法安装，其特点是操作容易、技术要求低、拱肋节段标高易控制 收稿日期：２００５一０６—２２ 作者简介：周水兴（１９６７一），男，浙江嘉兴人，教授，主要从事桥梁设计理论与旧桥加固研究．且稳定性好，施工快捷，工程费用低． 本文结合浙江省东阳市中山大桥的拱肋安装，主要介绍在安装过程中预抬高量计算、地基沉陷以及各节段间标高的控制方法． １拱肋的吊装及位置的调整 对于拱肋的节装，少支架安装法是在各个节段接头处设置钢支架，用汽车吊、门架吊或浮吊安装． 为便于调整每段拱肋的标高、平面位置和成拱后的落架，在支架顶部设置微调装置，一般用千斤顶、丝杠等．各支架在纵向及横向设缆风索以保证 万方数据万方数据
大跨度钢管混凝土拱桥成拱线形控制技术研究 发表时间：2020-04-14T11:11:16.260Z 来源：《基层建设》2020年第1期作者：郭林 [导读] 摘要：近年来，随着我国经济的快速发展，桥梁的建设也十分迅速。 天津金隅混凝土有限公司天津 300450 摘要：近年来，随着我国经济的快速发展，桥梁的建设也十分迅速。钢管混凝土拱桥具有材料强度高，施工方便等优点，在近几十年迅速兴起，成为大跨径桥梁中较有竞争力的桥型之一。随着施工技术的不断突破，各种拱桥的施工方法也随之产生。斜拉扣挂施工法由于其成本低，施工工艺相对成熟，在选择钢管混凝土拱桥的施工方法时一般优先考虑。在斜拉扣挂施工过程中，扣塔偏位、临时荷载、温度变化及索力松弛等均是影响拱肋切线拼装线形的关键因素。因此对钢管混凝土拱桥施工的实时监控是必要的，施工监控以线形控制为主，应力控制为辅，保证施工过程中实际线形与目标线形相一致。 关键词：大跨度钢管；混凝土拱桥；成拱线形；控制技术 引言 桥梁结构施工设计中，需要根据实际参照的标准和施工情况进行分析，准确的判断模型种类，分析可能造成的负面影响。依照混凝土的材料使用情况，分析是否均匀，是否存在不确定性因素。大跨度预应力混凝土在实际的连接设计中，需要准确的探索分析实际的结构理论标准，分析T型监测结构的连续性，判断桥梁施工的过程和标准，分析实际情况产生和设计中可能存在的不合理影响因素。 1工程概况 郑万高铁汉江特大桥主桥设计为（109+220+109）m连续刚构拱组合结构，所有桥墩均在水中，90，91号为主墩。梁体设计为单箱双室、变高度、变截面预应力钢筋混凝土箱梁。梁体0号块高度为12m，跨中合龙段高度为5.5m；箱梁底部宽10.8m，桥梁桥面宽13.2m，拱座区加宽至16.6m。主拱拱肋计算跨度220m，设计矢高44m，矢跨比1/5，设计拱轴线采用二次抛物线。主拱为钢管混凝土结构，采用等高度哑铃形截面，截面高为3.4m，拱肋直径1.2m。拱肋之间采用缀板连接，拱肋及缀板内填充C50自密实收缩补偿混凝土。2榀拱肋间共设置11道格构型横撑，其中拱顶为米字形，其余为K字形。主拱共设计22对钢绞线整体挤压索吊杆，吊杆纵向间距9m，横向中心距12m。 2钢管拱施工 2.1钢管拱的加工 钢管拱分段制作采取单元件（单管、单腹板）工厂制造、总装现场整体组装的制作模式，在工厂加工成可运输的设计段单元（单管），厂内进行单管、腹板预拼装，总装现场组装焊接，并组装焊接相关的安装连接件。各设计段接口的断面分奇偶块，控制钢板对接错开十字缝。在厂内加工时，按照1∶1拱轴线放大样，由于钢材的热膨胀系数较大，考虑预拱度和温度修正值。每段拱肋在制造时，考虑一定的焊接收缩量和温度的影响，单元长度方向预留二次切割量，待焊接完成后按照理论分段线进行二次切割，拱肋段在1∶1胎型大样上平面预拼为桥位状态，整体划线切割接口周边。合龙段两端各留100mm工地配切量，待工地架设到该位置时测量距离，根据测量数据进行整体配切后发运工地合龙。预拱度确定：按设计图要求拱肋在制造时预加预拱度，其预拱度值=设计预拱度+工厂制造拱度。 2.1.1单元件的制造 单元件的制造是在单元管节加工完成后在1∶1胎型上进行的。工厂胎型分为钢管主拱肋的上弦管和下弦管分别制作，且在胎型上必须准确确定分段口的坐标位置以及其它相关杆件的平面位置。胎型整体必须牢固可靠以保证数据的准确性。单元管节在胎型上拼接成单元件，拼装时注意单元管节之间按焊接工艺的要求预留相应的间隙，保证单元管节之间的匀顺过渡。 2.1.2腹板单元制造 腹板和劲板板均采用数控门切下料，下料时预留焊接收缩量，按焊接工艺要求机加工各板的坡口。加工方法是先做各种板单元，在各种板单元焊接完成后进行调直处理，在组装平台上先放置腹板单元，且对劲板的组装位置进行精确划线，之后按线组装劲板，保证劲板板与腹板单元的垂直度，开始组装腹板单元。 2.1.3钢锚箱的制造 钢锚箱是拱肋吊杆的承力关键部件。钢锚箱沿吊杆位置不同零件尺寸变化，全桥锚箱零件采用CAD软件全桥逐一零件放样。各零件采用数控门切割下料，焊接边预留机加工，焊接坡口采用机加工刨切坡口。在拼装平台上布置各个锚箱组装控制线，按线组装各个锚箱并打印吊杆位置号。按《焊接工艺卡》焊接，焊接时严格按工艺要求的焊接顺序焊接，捶击焊缝，减少焊接变形和残余焊接应力的产生。 2.2主拱合龙和体系转换控制 主拱合龙前必须对临时系杆拱位置进行精调。待拱顶和4个合龙口的测点坐标与高程均达到允许范围内后，在提升塔内侧钢管支架适当位置处安装2层限位装置，以固定临时系杆拱。在合龙温度下连续测量合龙口之间长度，采用现场配切法合龙，将配切好的钢管按下弦管→上弦管→腹板的顺序安装并锁定。合龙施工必须在合龙温度10～15℃同步进行，防止合龙后钢管拱线形发生变化及产生额外附加应力。待主拱合龙段与其他部位焊缝全部焊接完毕且检测合格后，进行体系转换。体系转换分4个步骤：①拆除拼装拱脚段的原位支架；②控制塔顶液压连续千斤顶，分级卸载提升力，完成提升段钢管拱落拱；③分级卸载临时水平系杆张拉力并拆除；④解除钢箱与拱肋的连接焊缝及抱箍，利用提升系统下放拱座钢箱，完成体系转换。体系转换后，在自重作用下主拱将产生较大下挠，同时拱脚水平推力将由连续刚构梁体的纵向预应力承受。经现场监测，体系转换后，钢管拱各控制截面观测点竖向位移实测值与理论计算值对比如图1所示。 图1体系转换后主拱各测点竖向位移与理论计算值对比 2.3桥面系施工标高控制 主桥设计为时速350km的I型双块式无砟轨道，无砟轨道底座板和道床板截面尺寸分别为2800mm×220mm和2800mm×220mm，二期恒载为14kN/m，对主拱线形和梁体桥面高程影响较大。在吊杆张拉完的桥面实测数据的基础上，采取以下方法控制成桥轨枕标高。桥面系施工