铁路拱桥（共7篇）
铁路拱桥 篇1
摘要：兰渝线角拱沟大桥192m上承式钢筋混凝土提篮拱结构, 从桥型选择及结构分析, 结合本桥工程实例, 简要介绍铁路钢管混凝土拱的设计。
关键词：钢管混凝土,拱桥,结构分析
1 工程概述
1.1 技术标准
铁路等级:国铁I级, 一次双线, 线间距4.4m。
设计活载:中-活载。
速度目标植:客货共线, 客车200Km/h, 货车120Km/h。
1.2 地形条件
角弓沟大桥位于陇南市角弓乡高坪村角弓沟内, 沟槽较顺直, 植被一般, 两岸岸坡高陡, 下部高度120m范围内自然坡度约70°, 以上自然坡度约40° , 沟谷深切呈“V”字型, 沟床纵坡较陡, 水流湍急。全流域面积 F=301km ;百年设计流量Q1% =840m3 /s。
1.3 工程地质概况
1.3.1 地层岩性及其物理力学特征
桥址范围内出露地层主要为第四系全新统洪积卵石土, 志留灰岩夹板岩, 其主要工程地质特征如下:
沟床内分布卵石土, 根据物探勘察结果, 该卵石层厚15～25m, 卵石成份主要为灰岩、板岩, 弱风化, 松散, 潮湿-饱和, σ 0=500kPa。
两岸分布灰岩夹板岩, 板岩:灰绿色, 变余结构, 板状构造;灰岩:灰白色, 细晶结构, 薄层状构造, 主要成份为方解石、石英。均属较硬岩, 岩层风化层厚度大, 一般5～15m, 节理发育。风化层σ0=500kPa, 完整基岩σ0=700kPa。岩石饱和抗压强度 板岩50MPa;灰岩50 MPa。
1.3.2 地质构造
据工程地质调绘, 线路右侧30m为f32逆断层北边界:产状N40° W/70° N, 断层带宽80m, 破碎带主要由角砾岩、压碎岩组成, 较富水;受断层影响, 线路附近岩体整体性较差, 物探资料也显示局部段落波速偏低。地质调绘中, 该工点附近褶皱等构造点明显较发育, 节理多呈微张-张开。
1.3.3 场地地震效应评价
根据《中国地震动参数区划图》GB 18306-2001的划分, 桥址处地震动峰值加速度0.20g , 地震动反应谱特征周期为0.40s。
2 桥型方案介绍
2.1 总体布置
角拱沟大桥采用1-24m+1-32m简支梁+1-192m钢管混凝土拱+2-32m+2-24m简支梁。
2.2 桥型及主跨选择
根据本桥地形特征, 沟槽下部陡峭, 上部较为平缓, 且两岸均为基岩, 岩石节理较为发育, 地质条件相对较差, 桥高170m, 为此选择192m拱桥。
2.3 主拱结构
主拱结构采用192 m上承式提篮形钢管混凝土拱 (主拱截面见图2) , 根据地形条件及拱上结构尺寸, 矢跨比取1/3.5。拱轴线采用悬链线, 拱轴系数取m=2.5, 主拱由两条拱肋与横向连接系组成, 两拱肋拱顶中心距7m, 拱脚中心距16.6m, 使拱肋竖向偏角为6°;拱肋宽3.2m, 高4.2m～6.2m。每肋由4肢Φ1200x20mm钢管构成, 4肢间采用Φ600x16mm钢管“N”字形连接。拱肋Φ1200mm钢管、拱肋间横向连接Φ800mm钢管内均灌注C50微膨胀混凝土。
2.4 拱上结构
拱上结构为1-24+1-16+3-12m简支梁+50.2m拱顶框架+3-12+1-16+1-24m简支梁, 简支梁采用固定支座与墩帽相连;桥面宽9.36m。拱顶1、2、9、10号柱采用双柱空心墩, 其余采用双柱实体墩。
2.5 引桥
引桥采用铁路标准简支梁, 桥台采用T台;1号墩采用实体圆端墩, 2～6号墩采用空心圆端墩。
2.6 基础
主桥基础采用明挖基础, 基底置于完整基岩内;引桥基础采用明挖基础, 基底置于风化或完整基岩内。
2.7 主要材料
钢材:主拱-14MNbQ钢材, 普通钢筋:HRB335、Q235钢筋。
混凝土:主拱钢管内-C50微膨胀混凝土;支承垫石-C50混凝土, 墩台顶帽、拱顶框架-C40混凝土:空心墩-C35混凝土, 桥台及实体墩-C30混凝土;墩台基础-C25混凝土。
3 结构计算
3.1 拱轴系数比选
由于拱上集中力的存在, 拱的恒载压力线是一条在集中力作用下有转折点的曲线, 为悬链线拱轴与其恒载压力线接近, 采用“五点重合法”确定悬链线拱轴的m值。利用SAP90建立主拱结构简单模型, 通过不同m值计算五点轴力及弯矩, 见表1。通过比较可以看出, 当m值取2.5时, 恒载及活载作用下, 拱肋脚、1/4拱肋偏心矩最小;拱顶偏心矩随m值递增。综合比较后取悬链线拱轴系数为m=2.5。
3.2 空间模型
本桥按弹性理论进行分析计算, 利用有限元软件MIDAS进行成桥静力计算及动力分析。计算模型见图3。
3.3 计算荷载
(1) 结构自重
(2) 列车活载:采用“中-活载”
(3) 列车竖向动力作用:拱圈及系梁计入列车动力作用, 系数按《铁路桥涵设计基本规范》第4.3.5条规定取值。
(4) 列车横向摇摆力及制动力。
(5) 混凝土的收缩影响。
(6) 、温度力的影响。
3.4 计算结果及分析
3.4.1 结构变形
恒载最大竖向位移为2.8cm。 活载最大竖向位移 (跨中) 为4cm。
3.4.2 动力计算分析
其中第一振型为拱肋面外对称挠曲振动, 第二振型为桥面系与拱肋顺桥向挠曲振动, 第三振型为桥面系面横桥向外对称挠曲振动, 第四振型为桥面系与拱肋面内反对称挠曲振动。从以上可看出, 拱的前两阶振型均为拱肋面外振动, 第三阶振型才是横桥向振动, 按照国内大跨拱桥经验要求, 其周期不大于1.7秒。
3.4.3 强度、应力检算
系梁既承受拱肋传递的拉力, 又承受恒载及活载分配的弯矩, 按全预应力混凝土构件计算。根据规范要求, 系梁不出现拉应力, 强度安全系数大于2.0, 抗裂安全系数大于1.2。
拱肋主要承受轴力, 按钢筋混凝土构件进行强度及应力检算。在计算中把钢管混凝土折算成相应的钢筋混凝土, 没有考虑钢管的套箍作用, 沿用钢筋混凝土结构的设计理论。
拱肋主要承受轴力, 按钢构件进行强度及应力检算。在计算中仅考虑钢材作用。混凝土材料作为安全贮备。表3为各主拱钢管内力。
3.4.4 拱肋稳定性验算
拱肋稳定按平面内稳定和平面外稳定 (横向)
(1) 拱肋平面内稳定
该项验算是把拱肋换算为相当长度的压杆, 按承受最大水平推力的中心受压杆件进行检算, 其计算长度Lo按下式计算:
undefined
其中:L为拱的跨度;f为拱的失高;K值按规范中表5.2.13取值。
临界荷载:
undefined
稳定安全系数undefined满足规范要求。
(2) 拱肋平面外稳定
用横撑联系起来的拱肋, 横向刚度是以整个结构按立体空腹桁架的工作来确定, 用横撑联系的肋拱稳定计算是一个比单独肋拱的计算更为复杂, 采用近似的计算方法, 即将它当做长度等于拱轴长度的平面空腹桁架来分析, 采用拱跨度1/4点处的纵向力作为这个平面桁架的弦杆中的压力。
临界力按铁摩辛柯的组合杆件公式计算:
undefined
其中:a、h为节间长度及弦杆轴线间的距离;Ip、In为横撑和弦杆对竖轴的惯性矩;la为拱轴线长度。
稳定安全系数undefined满足规范要求。
4 施工简介
先施工引桥2、3号桥墩, 利用2、3号墩加高塔架做为缆索吊塔架搭设缆索吊;利用临时拉索及缆索吊逐段拼接钢管拱;合拢后先灌注钢管混凝土, 再浇注拱上立柱及拱顶框架, 最后用架桥机架梁。
5 结束语
由于钢管混凝土在结构上能将钢材和混凝土有机地结合在一起, 充分发挥钢材、混凝土各自优势。随着施工工艺的不断完善, 钢管混凝土拱桥的使用将会越来越广泛。
参考文献
[1]铁路工程设计技术手册.涵洞与拱桥.
[2]TB 10002.1-2005.铁路桥涵设计基本规范。
铁路拱桥 篇2
铁路客专大跨度下承式钢管混凝土提篮拱桥拱脚施工技术
以新建甬台温铁路奉化江大桥提篮拱施工为例,详细介绍了大跨度下承式钢管混凝土提篮式系杆拱桥以先梁后拱法施工时拱脚的`施工工艺和方法,总结了施工中的控制要点及注意事项.
作 者：王福生 Wang Fusheng 作者单位：中铁十二局集团第四工程有限公司,西安,710021刊 名：铁道建筑技术英文刊名：RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY年，卷(期)：2010“”(1)分类号：U443.16关键词：提篮拱 先梁后拱 拱脚施工
铁路拱桥 篇3
1 工程概况
某设计方案:主跨结构为提篮形钢管混凝土拱, 拱脚中心跨度380米, 矢高76米, 矢跨比为1/5, 主拱立面投影拱轴线为悬链线, 拱轴系数m=3.0。拱圈由两条拱肋与横向联接系构成, 拱肋横向内倾7.6。拱肋拱脚处中心距28米, 拱顶中心距7.72米, 每条拱肋由6个φ1500mm钢管组成, 拱肋平均宽跨比为1/16.7。拱脚至L/8段采用实腹式, 上下钢管由腹板链接。L/8～L/2为空腹段, 上下两个钢管之间用H型字钢腹杆联接, 两条拱肋之间由上、下弦横联杆件联接, 这些联接杆件采用钢管。拱顶77米范围内采用混凝土Ⅱ形刚架。拱顶77米范围以外拱上梁跨采用32米铁路标准简支T梁, 墩柱采用钢管混凝土刚架墩 (如图1) 。
2 有限元模型的建立
对T梁主梁采用T梁梁段有限元法[1]建模, 对桥墩和拱肋及其拱肋间联系构件均采用空间梁元建模, 对拱上Π形结构采用板壳元建模, 钢材及混凝土弹性模量E和泊桑比μ按现行桥规取值。分析模型确定后, 就可由动力学势能驻值原理及形成矩阵的"对号入座"法则[2], 建立桥梁刚度、质量、阻尼等矩阵。通过运用自编的软件计算出桥梁的前十阶自振频率和振型 (如图2和表1) 。
3 建立车辆动力模型
将桥上列车与桥梁视为整体系统。考虑各车辆与桥梁空间振动位移的相互关系, 计算任一时刻t的桥上列车及桥梁空间振动的弹性总势能。按弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的"对号入座" 法则, 建立t时刻此系统空间振动的矩阵方程:
undefined
式中, undefined、undefined、{δ}分别为车桥系统在t时刻的加速度、速度、位移参数列阵。计算分C62货车 (1动+25拖) 和DF11客车 (1动18拖) , 货物列车按单双线分别以50、60、70和80km/h的速度通过桥梁, 客车按单双线分别以80、100、120和140km/h的速度通过桥梁。对以上工况从横竖向位移、脱轨系数、轮重减载率、和Sperling指标等方面对桥梁行车安全性和舒适性进行了分析。
4 铁路大跨度钢管混凝土提篮拱桥动力响应分析
(1) 结构自振特性
第一阶振型为拱、梁对称横弯, 自振频率为0.456Hz, 第二阶振型为拱、梁反对称竖向, 自振频率为0.603Hz, 表明拱肋面外刚度小于面内刚度, 但二者自振频率相差不大, 说明了拱肋的宽跨比 (平均宽跨比1/16.7) 选择合适, 表现了提篮拱整体性能良好。且第一阶横向和竖向频率值满足该类桥梁的要求, 此桥动力稳定性有保障。
(2) 横向动位移
图中给出了拱顶、第三跨T梁跨中、3号墩顶横向动位移与列车速度V的关系图 (如图3) 。
跨中、墩顶、拱顶横向位移随货车速度增大而增大, 且双向行驶比单向行驶的横向位移大, 接近2倍, 其位移值分别为3.6m、3.2mm、2.1mm。在客车作用下, 横向位移并不是随速度增大而递增, 而是在双向行驶速度为120Km/h时最大, 跨中、墩顶、拱顶横向位移分别为1.8mm、1.6mm、1.3mm。跨中横向位移比拱顶的大, 货车比客车产生的横向动位移大。该桥横向振幅满足"铁路桥梁检定规范"的要求, 该桥横向刚度满足要求[7]。
(3) 竖向动位移
图中给出了拱顶、第三跨T梁跨中、3号墩顶竖向动位移与列车速度V的关系图 (如图4) 。
跨中、墩顶、拱顶竖向位移随货车和客车速度增大而增大, 但增大幅度很小, 双向行驶比单向行驶的横向位移大, 约为2倍。拱顶竖向位移比T梁跨中要大, 货车比客车产生的竖向动位移大, 最大竖向位移为拱顶处28mm。该桥竖向振幅满足"铁路桥梁检定规范"的要求, 该桥竖向刚度满足要求[7]。
5 车辆动力响应分析
以下图中给出了脱轨系数、轮重减载率与列车速度V的关系图 (如图5) 。
脱轨系数与轮重减载率是衡量车辆是否脱轨的两种指标, 他们都是由作用于车轮垂向力和侧向力的平衡条件导出。在车桥动力仿真分析中, 列车运行安全性与舒适性 (平稳性) 的评定指标选取为:脱轨系数≤0.8, 轮重减载率≤0.6, 横向摇摆力≤80KN, 参考文献[1]。
货车和客车编组单、双向行驶时脱轨系数增大很快, 双向行驶比单向行驶时的脱轨系数大, 反映了双向行驶比单向行驶时的振动大。客车比货车的增幅快。货车单向行驶脱轨系数的变化范围为0.26～0.50, 货车双向行驶脱轨系数的变化范围为0.28～0.54, 客车单向行驶脱轨系数的变化范围为0.20～0.36, 客车双向行驶脱轨系数的变化范围为0.22～0.40。计算结果均小于0.8, 满足"检定"要求[7～8]。
货车和客车编组单、双向行驶时轮重减载率增大很快, 双向行驶比单向行驶时的轮重减载率略大。货车比客车增幅大。货车单向行驶轮重减载率的变化范围为0.28～0.43, 货车双向行驶轮重减载率的变化范围为0.31～0.46, 客车单向行驶轮重减载率的变化范围为0.15～0.28, 客车双向行驶轮重减载率的变化范围为0.18～0.32。计算结果均小于0.6, 满足"检定"要求[7]。
以下图中给出了Sperling指标Wz与列车速度V的关系图 (如图6) 。
Sperling指标Wz是评价客车舒适性和货车平稳性的一种标准。车辆舒适度反映了车辆的机械振动对旅客影响的评价, 车辆的平稳性是判定车辆振动的稳定性[]。Sperling指标Wz越大振动越大。从图中可知Sperling指标Wz随速度的增大而加大, 双向行驶比单向行驶时的大。Sperling指标Wz在2.0～3.0之间, 客车的舒适度和货车的平稳性满足要求。
6 结论
(1) 该钢管混凝土提篮拱桥面内刚度和面外刚度接近, 拱肋宽跨比 (平均宽跨比1/16.7) 选择合适, 桥梁整体性能良好。
(2) 钢管混凝土提篮拱桥稳定性良好, 横竖向刚度大, 在大跨度铁路桥梁中很有运用前景。
(3) 列车速度对横向振幅影响较大, 且并不总是随列车速度增大而增大, 在某一速度可能产生共振。故过桥时应注意行车速度的选择。
(4) 钢管混凝土提篮拱桥的竖向位移与速度大致成线性关系, 但变化不大。
(5) 在所讨论的工况中, 脱轨系数、轮重减载率和Sperling指标Wz随列车的速度增大而增大, 但该桥均良好满足要求, 充分说明了钢管混凝土提篮拱桥具有很好的横竖向刚度, 满足列车行走的安全性和舒适性。
参考文献
[1]曾庆元, 郭向荣.列车桥梁时变系统振动分析理论与应用.北京:中国铁道出版社, 1999.
[2]曾庆元.弹性系统动力学总势能不变值原理[J].华中理工大学学报, 2000, 28 (1) :1-3.
[3][德]J.M.Lipsius, 高速运行时UmAn型动轴转向架车轮动荷载的测量.施治才译.
[4][苏]鲍达尔Н.Г.铁路桥梁与机车车辆的相互作用, 胡人礼译, 1987.
[5]单德山, 李乔, 铁路提篮拱桥车桥耦合振动分析, 西南交通大学学报, 2005 (1) .
[6]TB/T2360-93, 铁道机车动力学性能试验鉴定方法及评定标准[S].1993.
铁路拱桥 篇4
关键词：跨绩黄高速大桥,下承钢管混凝土,系杆拱桥,施工要点
0 引言
随着我国经济社会的持续发展, 人民生活水平的不断提升, 铁路运输量开始不断增加, 人们对出行的便捷性、安全性、舒适性、经济性等的要求也越来越高。高速铁路以其运力大、速度快、安全、舒适、可靠、全天候等优势, 已成为现代主要的高速交通运输方式。因此高速铁路在通过江河以及洼地的时候就需要修建大量结构坚固耐用且造价相对适中的桥梁。
钢管混凝土系杆拱桥以其结构性能优越、跨越能力大、结构体系灵活, 施工对交通干扰小等特点, 在线路小角度斜交跨越城市干道、高速公路、通航河流等需要桥梁跨度大且线路以下净空高度受限时, 具有独特的优势。既可做成有推力拱, 也可做成无推力的系杆拱, 并能较好地适应不同地质与地形, 且外形优美造价低廉。在国内外高速铁路桥梁建设上均有大量成功的案例。本文以跨绩黄高速大桥1-96m下承钢管混凝土系杆拱桥为例对其施工要点进行分析。
1 施工技术原理和应用现状分析
众所周知, 钢管混凝土其实就是以钢管为载体, 在其内部浇筑混凝土最后形成的物体。主要由两种材料构成, 一种是钢管, 一种是混凝土, 并且二者相互的制约, 也就是混凝土必须在钢管内部, 钢管具有约束作用, 让混凝土始终是在复杂应力状态中, 进而提升混凝土的强度, 改善混凝土的韧性、塑性性能。此外, 因为混凝土是非常容易变形的, 进而让钢管处于复杂应力状态下。通过混凝土和钢管的组合, 既发挥了钢管的优点, 也发挥了混凝土的优点, 让钢管混凝土产生了许多良好的力学性能。钢管混凝土大致有以下几个优点: (1) 经济效益高; (2) 施工简单; (3) 韧性、塑性性能好; (4) 承载力强。
当前, 钢管混凝土的应用领域不断扩大, 在公路、铁路等施工中得到了大量应用。特别是在2000年以后, 我国的桥梁普遍采用钢管混凝土系杆拱桥, 不管是工程难度还是工程质量、规模, 都处于世界先进水平。根据对许多工程建设资料的研究表明, 在桥梁建设中使用钢管砼结构进行施工可以有效减少材料的过度浪费, 从而节约工程成本提高经济效益。并且其与混凝土柱相比可大大地节省施工工期, 降低工程造价。
2 工程实例
杭黄铁路站前Ⅷ标1-96下承式钢管混凝土系杆拱桥, 用于孔灵跨绩黄高速大桥1#~2#墩 (DK250+275.1-DK250+315.1处) 跨越绩黄高速公路, 平面位于直线上, 桥面纵坡-4.3838%。绩黄高速公路为双向四车道, 路宽25.5m, 与线路大里程夹角139°, 行车净高5.5m。绩黄高速公路为国家公路南北主干道, 车流量大, 施工时安全防护要求高。系杆拱桥采用钻孔桩基础, T形实体桥墩, 梁部采用1-96m系杆拱形式, 宽度17.1m, 采用先梁后拱法施工。主梁采用预应力混凝土梁, 截面为单箱三室箱型结构, 拱脚顺桥向8.0m范围内设成实体段, 梁高2.5m, 系梁采用支架整体现浇, 一次浇筑C50混凝土量为1986.9m3, 故在本文中主要以绩黄高速公路1-96m钢管混凝土系杆拱桥施工为例进行了简单的分析。
钢管拱计算跨长为96m, 矢跨比为f/l=1/5, 拱肋平面内矢高19.2m, 拱轴线采用悬链线线型。全桥采用两榀平行拱肋, 拱肋横向中心距15.3m。拱肋为钢管混凝土结构, 采用等高度哑铃形截面, 截面高度h=3.0m, 钢管直径为1000mm, 由厚16mm的钢板卷制而成, 每根拱肋的两钢管之间用δ=16mm的腹板连接。每隔一段距离, 在两腹板中焊接拉筋。两榀拱肋间共设4道K形横撑和1道米字型横撑, 米字型横撑设在拱顶处。横撑由准500×14mm、准400×12mm和准300×10mm的圆形钢管组成, 钢管内部不填混凝土, 其内外表面均需作防腐处理。
桥梁总体布置见图1和图2 1-96m下承式钢管混凝土系杆拱桥桥型布置。
2.1 地形特点和地质情况
桥址所处地质基岩裸露, 为强全风化钙质页岩, 承载力200k Pa。
主要工程量见表1。
2.2 组织结构、任务分配及准备工作
根据“中铁十五局集团有限公司杭黄铁路站前Ⅷ项目部”的统一部署, 公司组建“中铁十五局集团有限公司杭黄铁路站前Ⅷ项目三分部”, 分部由领导层和职能部门组成, 设项目经理一人、副经理一人、总工程师一人。本着高效、精干的原则, 职能部门按“五部一室”设置, 共六个职能部门。
2.3 1-96m钢管混凝土系杆拱桥施工工艺流程
详见图3:1-96m钢管混凝土系杆拱桥施工工艺流程。
2.4 施工现场安全技术措施
2.4.1 施工现场的布置符合防火、防洪、防雷电等安全规定的要求, 施工现场的生产、生活办公用房、仓库、材料堆放场不得侵入公路限界以内。
2.4.2 现场道路平整、坚实、保持畅通, 危险地点悬挂按照《安全标志》规定的标牌, 夜间行人经过的坑、洞设警示灯, 施工现场设置大幅安全宣传标语。
2.4.3 现场的生产、生活区设足够的消防水源和消防设施网点, 消防器材有专人管理, 不得乱拿乱支, 所有施工人员进行培训, 熟悉并掌握消防设备的性能和使用方法。
2.4.4 严禁在施工现场吸烟, 现场的易燃杂物, 随时清理, 严禁在有火种的场所或其近旁堆放易燃杂物。
2.4.5 氧气瓶不得沾染油脂, 乙炔发生器有防止回火的安全装置, 氧气瓶与乙炔发生器隔离存放。
2.4.6 施工现场的临时用电, 严格按照《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ6-88的规定执行。
2.5 应用效果分析
本工程应用钢管混凝土系杆拱桥施工方案, 无工伤死亡事故、人为机械事故;无交通事故;符合安全文明达标工地标准。达到国家、中国铁路总公司 (原铁道部) 颁布的质量验收标准和设计要求, 一次验收合格率达到100%。
3 结论
通过杭黄铁路站前Ⅷ标1-96下承式钢管混凝土系杆拱桥的施工建设充分体现了钢管混凝土系杆拱桥的优势, 且造价低廉为国家节省了大量的人力物力财力, 值得大力在全国各地推广应用。
参考文献
[1]程天甫.钢管混凝土系杆拱桥施工监控的研究[D].湖北工业大学, 2014.
[2]周传林.钢管混凝土系杆拱桥施工控制的研究[D].南京林业大学, 2007.
[3]赵修祥.钢管混凝土系杆拱桥施工阶段受力特性分析[D].山东建筑大学, 2012.
[4]王守军, 王建光, 马殿祥.钢管混凝土系杆拱桥设计及施工要点[J].华东公路, 1998, 05:11-13.
[5]孙元, 钱炜.钢管混凝土系杆拱桥施工监控技术[J].工程与建设, 2014, 01:105-107.
铁路拱桥 篇5
沪杭高速铁路跨越杭州市江干区石大公路, 为 (88.8+160+88.8) m自锚上承式混凝土拱桥, 采用拱墩基础固结、拱梁固接。拱肋采用抛物线线形, 矢跨比为1/6。边、中跨拱肋拱顶截面高4 m, 拱脚截面高6 m, 拱肋横向宽8 m, 采用单箱单室截面。拱肋上设置3个拱上立柱, 支承 (20+22+22+20) m连续梁。连续梁边跨采用变截面, 梁端截面高4 m, 跨中截面高3 m。大桥采用旁位支架现浇形成单T拱, 而后水平转体合龙形成整体的施工方案。转体角度26°, 单个转体结构长158 m, 宽7.5 m, 重16 800 t, 转体质量目前在世界同类型桥梁中居第一。
2 转体结构设计简介
转体系统主要由球铰、下滑道、撑脚、砂箱、转体牵引和助推反力座、转体牵引索及动力系统组成。动力系统包括牵引系统和助推系统。
转体所用钢球铰对应球体半径8.0 m, 球面水平投影直径4.0 m, 上下球铰之间填充四氟乙烯滑块。环形滑道设计直径10 m, 上转台设计直径12 m。转台内预埋牵引索2束, 单束采用19根φ15.2 m m高强度、低松弛钢绞线。沿环道环线均匀布置6对钢撑脚、6组砂箱, 并沿环道线内外侧面布置轴向微调反力座。
3 转动方案
对单个转体进行称重试验, 按试验结果进行合理配重。将牵引索按顺序均匀排列并临时固定在转台周边, 利用专用千斤顶对牵引索进行预紧。安装QDCL2000型连续顶推千斤顶、YTB液压泵站及LSDKC-8型主控台, 组成整套转体动力系统后进行试转, 实际测定动静摩擦阻力系数及转体过程中惯性影响系数。确认无误后开始连续转体, 转体到位前利用转体系统的手动功能缓慢就位, 准确调整轴线位置及合龙口两侧标高后对钢撑脚与环道临时固结, 并在3个合龙口间采用临时固结措施, 确保结构稳定。
4 施工重点及难点
4.1 转体结构安装及精度控制
转体结构安装顺序:在浇筑承台第一层2.5 m高混凝土前安装球铰、滑道定位架预埋板, 浇筑强度达到25%后安装球铰及滑道定位骨架, 安装助推座、牵引座钢筋、下球铰及滑道钢板, 绑扎下球铰及滑道钢筋, 浇筑下球铰及滑道混凝土, 下球铰混凝土强度达到90%, 张拉Z1、H1索, 并压浆封锚, 安装上球铰、撑脚, 浇筑上球铰及转台混凝土, 等转体到位后浇筑上承台混凝土封铰。
4.1.1 安装滑道、下球铰
球铰分上、下球铰和定位骨架, 安装位置是否准确主要由下球铰安装精度控制。安装时首先下承台施工2.5 m高, 混凝土顶标高为球铰定位骨架底标高。施工同步预埋定位钢板, 确保球铰定位骨架安装牢固, 便于球铰精度控制。下层混凝土强度达到25%后, 利用预埋件安装滑道骨架和下球铰骨架, 要求骨架顶面相对高差不大于5 mm。骨架中心和球铰中心重合, 与理论中心偏差不大于1 mm。骨架与埋件焊接牢固, 进行复查无误后安装下球铰。为确保球铰安装精度, 下球铰与支架连接采用M20×0.5 mm细牙螺杆, 参照全站仪调平对中方式, 调节下球铰至满足要求。
4.1.2 安装滑块及上球铰
下球铰球面上安装有聚四氟乙烯复合滑块, 转体过程中, 16 800 t质量主要落在滑块上。滑块安装前, 先将下球铰球面及滑块安装槽清理干净。将厂家调配过的滑块由中间向边缘逐排对号入座安装。为保证滑块安装牢固, 安装时可借助橡皮锤敲击。安装完成后, 采用特制样板复查滑块顶面是否处于同一球面。确认无误后, 在下球铰球面涂黄油四氟粉。吊起上球铰, 清理球面杂物后涂上黄油四氟粉, 缓慢放下与下球面对中, 精确调好后, 将转动轴涂上黄油四氟粉, 插入上下球铰轴套, 并通过临时限位装置进行固定, 将上下球铰用胶带密封, 防止杂物进入。
4.1.3 安装撑脚、临时砂筒及牵引索
撑脚、临时砂筒及牵引索位于上转盘, 上转盘施工前需安装好。
(1) 撑脚安装。每个转体下设6个撑脚, 每个撑脚由2根直径0.9 m焊在扇形钢板上的钢管组成, 撑脚内填充无收缩C50混凝土。撑脚主要是防倾覆并与球铰构成3点支撑, 保证转体平稳, 同时也是转体起动时助推的着力支点。因此, 撑脚的安装精度要求较高。安装时, 撑脚与滑道钢板间预留10 m m间隙, 以薄砂箱垫紧。精确控制撑脚的相对位置, 根据撑脚与梁体的对应关系确定撑脚的安装位置, 以满足卸架后梁体的平衡。
(2) 临时砂筒安装。拱肋现浇施工中, 两侧拱肋不可能完全同步对称施工。为抵抗不对称或不同步施工引起的球铰偏载, 在每2个永久撑脚间设置4个临时砂筒, 对上、下转台进行临时锚固。每个转体需要砂筒24个, 砂筒采用直径680 mm、壁厚14 mm的无缝钢管制作, 内填石英砂。砂筒与永久撑脚同步安装, 在拱肋支架拆除后永久撑脚脱空前拆除。砂箱的坚固性确保其承载力, 砂粒的干燥保证御载时能顺利流出。砂箱进行预压, 减少砂箱的塑性变形。拱肋支架现浇过程中, 对临时砂筒进行应力检测, 以确保拱肋施工安全。
(3) 牵引索的安装及保护。牵引索由1 9根φ15.24 mm钢绞线组成, 一端预埋在转台内, 为转体提供牵引力。牵引索的锚固端采用P锚, 计算锚固长1.2 m, 实际按1.5 m埋设。出口处采用平滑设计, 不留死弯。牵引索中心与牵引座中心对中, 2条牵引索高度一致, 有各自索道, 互不干扰。牵引索应预留足够长度并考虑4 m的工作长度。安装完成的牵引索应注意保护, 特别注意防止电焊打伤或电流通过, 注意防潮、防淋, 避免锈蚀。
4.2 下球铰混凝土施工
下球铰混凝土支撑着整个上部转体的质量, 其灌注密实度、振捣等质量控制尤为关键。转台混凝土采用C50无收缩混凝土。由于下球铰处钢筋较密, 灌注条件较差, 混凝土需具备良好的流动性。浇筑时混凝土从球铰的一边向另一边流动, 利用球铰球面的振捣孔进行振捣, 振动棒从球铰四周边缘向里斜插使其流动。同时在球铰顶面预设的振捣孔上插入振动棒振动, 排出气泡。混凝土从孔内溢出时观察孔内混凝土, 达到饱满密实时封堵振捣孔。混凝土灌注完毕, 及时清理下球铰处污物并封闭保护。混凝土应进行收面和养生, 待其强度达到50%后进行上球铰安装。同时, 将助推反力座及牵引反力座一并浇筑完成。
4.3 转动实施
4.3.1 转体结构牵引力、安全系数
转体结构见图1。最小静摩擦力矩M=22 400 kN·m, 其中μ静取0.1, μ动取0.06。理想状态启动时所需最大牵引力为1 867 k N, 转动过程中所需牵引力为1 120 k N。实际转体中, 转动体系有可能不平衡, 控制转体结构偏向后侧, 使一个支撑腿接触环道, 控制该支腿最大支撑反力不超过2 000 kN, 此时启动力为1 927 kN, 转动牵引力为1 156 KN, 牵引钢绞线的安全系数为2.39。
4.3.2 转体牵引助推系统、位控及微调系统
转体牵引助推系统作为牵引系统工作不正常时的应急手段。转体过程中, 16 800 t质量只有球铰一点支承。转体结构中心高度21 m, 上部转体结构受外界条件或施工影响, 易出现倾斜, 必须设置位置控制系统。在转体过程中及转体就位后, 对转体悬臂端高程及轴线进行微小调整, 需要设置微调系统。转体牵引助推系统见图2。
下球铰承台平面上4处设置外环辅助防倾保险钢构墩 (见图3) , 其与上转盘桥墩下平面间预留一定空隙。转体过程中, 如上部转体结构发生倾斜, 辅助墩起防倾保险作用。采用防倾千斤顶纠偏后, 可继续进行转体。
4.3.3 称重
在桥梁轴线竖平面内, 由于球铰体系制作安装误差和拱肋质量分布差异、一级预应力张拉程度差异, 导致两侧拱段刚度和质量不同, 产生不平衡力矩, 造成悬臂端不同的下挠度。为保证转体过程中体系平稳转动, 预先调整体系的质量分布, 使其处于平衡状态。称重试验步骤:在选定的断面处安装位移传感器和千斤顶及压力传感器, 将所有顶升千斤调整为设定的初始顶压状态, 记录压力传感器的反力值。千斤顶逐级加力, 记录位移传感器的微小位移, 直到位移出现突变, 绘制出P-Δ曲线。重复以上试验步骤, 对转体进行4次顶升试验, 确定不平衡力矩、摩擦阻力系数、偏心距, 确定配重重量、位置及新偏心距。
4.3.4 试转
试转目的是核对理论计算的转体启动力、牵引力, 确定点动惯性行走距离, 为正式转动提供参考。转体拱桥试转角度3º, 试转结果为启动力:2×52 t (反算静摩擦阻力系数为0.028) ;牵引力:2×45 t (反算动摩擦阻力系数为0.024) ;每分钟梁端转动距离93.4 cm;点动3 s, 梁端惯性行走距离10.7 cm;点动2 s, 梁端惯性行走距离6.7 cm;点动1 s, 梁端惯性行走距离5 cm。
4.3.5 正式转体
(1) 启动牵引力控制。根据试转前确定的启动牵引力T0, 分级加载到位。第一步:千斤顶加载到对应牵引力600 kN等级;第二步:千斤顶加载到对应牵引力1 000 kN等级;第三步:千斤顶加载到启动牵引力T0。
(2) 转体过程控制。转体启动后将动力系数调整到预计的牵引力, 并使其在“自动”状态下运行。核对实际转动速度与预计速度的差值, 确定“自动”状态下的运行时间。在桥面中心轴线合龙前1.5 m, 监控人员每10 cm向主控台报告一次监测数据, 合龙前20 cm, 每1 cm报一次。合龙即将到位时, 准确对梁的中轴线进行贯通测量, 确保准确到位。
(3) 就位控制措施。转体前在转台上设置弧长及角度观测标尺, 转体过程中进行观测控制。根据试转时确定的惯性大小, 提前停止自动连续顶推, 改为点动操作。利用助推反力座安装限位装置, 防止过转。
4.3.6 转体后锁定
转体就位后迅速进行转体结构调整, 按先轴线后标高的原则进行调整。利用转体牵引设备逐步将转体轴线调整到位, 轴线偏差控制在2 mm内;利用永久撑脚安装限位装置, 限制结构转动;调整标高、称重、配重, 标高控制兼顾中跨与边跨, 误差控制在5 mm内。
铁路拱桥 篇6
三岸邕江双线特大桥全长2537.05m, 主桥是孔跨布置为 (132+276+132) m的三跨连续钢桁拱桥, 主桁采用N型桁架, 桁宽15m, 除C11E12、E12C13节间长度为15m外, 其余节间长度均为12m。边跨为变高度桁架, 边跨一般桁高16m, 中支点处渐变为20m。中支点处设加劲腿, 加劲腿高度18m。主跨拱肋下弦杆距系杆中心为59m, 拱顶桁高为9m。连续钢桁拱主桥钢梁架设采用从两侧往跨中架设、跨中合龙, ZQ2#、ZQ3#墩各设吊索塔架一座 (见图1) 。吊索塔架高52.5m, 前索梁上锚点设于A16节点, 后索梁上锚点设于A1节点。前索索长63m, 后索索长126m.吊索截面为6×85φ7mm平行钢丝索, 材质1 670MPa。挂索张拉到位时单根索 (85φ7mm) 的索力为1150~140 0k N, 施工中最大受力2 00 0k N左右。锚杯直径φ205mm, 梁端长度620mm, 塔端长430mm (标准) , 锚圈宽度120mm。吊索通过锚箱, 与钢梁和塔架连接。吊索张拉到位时, 锚圈应戴在锚杯的中心。挂索结构包括:放索平台、锚头小船、夹具、张拉杆、撑脚等。当钢梁向中跨侧悬臂8个节间时, 需进行吊索的挂设, 之后利用吊索辅助继续悬臂架设。吊索的主要功能除了控制钢梁大悬臂时杆件应力和悬臂端挠度, 还用于合龙前调整合龙口位移。
2 挂索施工技术
2.1 理论计算
挂索时, 一般经历软牵引、硬牵引、锚杯戴帽、张拉至设计位置四个阶段。软牵引、硬牵引的设备配置应根据理论计算确定。假设斜拉索的无应力索长为L, 塔梁两节点中心的几何距离L0, 梁端锚杯中心距张拉设计位置的距离为a, 在牵引力T作用下, 其弹性伸长量为TL/EA, 垂度影响的伸长量近似为: (W2LxL02) / (24T2) , 可得a=L0-L- (TL) / (EA) + (W2LxL02) / (24T2) 。式中, L0为上下两端节点中心的几何距离, 即斜拉索总长;L为斜拉索的无应力长度, m;Lx为L0的水平投影长度, m;E为垂直索的弹性模量, N/m2;W为钢索单位长度重量, N/m;A为钢索中钢丝的截面积, m2;T为牵引力, N。由于吊索塔架在挂索过程中, 索力荷载将使钢梁产生一定的变形, 故上述计算公式应考虑斜拉索安装引起的钢梁变形。经修正后的计算公式为:a=[L0+ (T0δ-Tδ) ]-{L+ (TL) / (EA) -W2Ls[L0+ (T0δ-Tδ) ]2/24T2) }, 式中, T0为设计安装斜拉索索力, N;δ为单位索力引起的位移修正系数, m/N。采用midas软件建立钢梁和吊索塔架的计算模型, 并计入架梁吊机的自重及钢梁压重段重量, 挂索索力按节点荷载输入至相应节点上, 求解单位位移修正系数, 其模型见图2。通过计算分析和整理, 南宁岸和钦州岸后索在1000k N索力作用下, 其梁端锚头处钢梁位移为11.0mm;前索在1000k N索力作用下, 其梁端锚头处钢梁位移为71.6mm, 转换为公式上的位移修正系数δ, 见表1。斜拉索在挂索时, 斜拉索的计算参数见表2。计算结果见表3表~6。
由计算结果知, 是否考虑钢梁变形的修正, 对戴帽索力计算结果的影响很大。根据以上修正后的挂索计算结果, 确定吊索张拉的步骤及需要的设备配置如下: (1) 在钢梁上平联上搭设放索平台, 用10t卷扬机配合滑车组牵引梁端锚头, 将吊索在钢梁顶面展开。 (2) 利用塔吊挂设锚头接近塔端锚箱, 利用10t导链将锚头喂至锚箱, 直至塔端锚头戴帽, 并旋紧螺帽至设计位置。 (3) 利用10t滑车组将吊索梁端锚头牵引至锚头距锚箱垫板1.5m处, 安装夹具, 临时打销, 在锚杯上安装张拉杆及其牵引头, 用15t导链牵引张拉杆至锚头距锚箱垫板0.5m处, 施拧张拉杆螺母, 完成张拉杆戴帽。 (4) 拆除15t倒链, 安装硬牵引撑脚及250t千斤顶等硬牵引装置, 用千斤顶张拉“张拉杆”至锚杯戴帽。 (5) 继续利用250t千斤顶张拉“张拉杆”, 将锚圈戴至设计位置。具体张拉过程见图3。
2.2 挂索施工步骤 (见图4)
挂索施工应遵循的原则:上、下游两桁对称进行, 前、后索同步操作, 分级加载, 控制塔顶偏位;吊索在锚杯戴帽前, 前、后索每级加载控制在15t/根以内, 吊索在锚杯戴帽至张拉至设计位置阶段, 前后索每级加载控制在50t/根以内;在吊索挂设过程中, 应同步观测塔顶变位, 塔顶上、下游纵桥向偏位差应小于50mm;两桁前 (后) 索首批各2根吊索在锚杯戴帽前, 塔顶纵桥向允许偏位范围为[-300, 300]mm, 锚杯戴帽后, 塔顶纵桥向允许偏离范围为[-450, 450]mm。具体步骤为: (1) 悬臂架设中孔钢梁, 至第八节间后, 清除多余荷载, 架梁吊机前移至图4所示位置;在钢梁上平联上搭设放索平台, 用10t滑车组牵引梁端锚头, 直至每桁前 (后) 索各6根全部展开, 并做好临时固定, 防止打绞。 (2) 利用塔吊挂设锚头接近塔端锚箱, 利用导链将锚头喂至锚箱, 直至塔端锚头戴帽, 并旋紧螺帽至设计位置。之后, 解除塔吊与吊索塔架的附着, 降低塔吊。 (3) 利用10t滑车组将两桁前 (后) 索首批各2根吊索梁端锚头牵引至锚头距锚箱垫板1.5m处 (为确保风缆受力安全, 此情况下第一批前索与后索张拉力差值应满足小于9.0t/桁) , 安装夹具, 临时打梢, 在锚杯上安装张拉杆及其牵引头, 用15t导链牵引张拉杆至锚头距锚箱垫板0.5m处, 施拧张拉杆螺母, 完成张拉杆戴帽。 (4) 拆除15t导链, 安装硬牵引撑脚及250t千斤顶等硬牵引装置, 用千斤顶张拉锚杯张拉杆, 完成吊索塔架两桁前 (后) 索首批各2根的锚杯戴帽。之后, 拆除两桁对应缆风。 (5) 利用10t滑车组将两桁前 (后) 索第二批各2根吊索梁端锚头牵引至锚头距锚箱垫板1.5m处, 安装夹具, 临时打梢, 在锚杯上安装张拉杆及其牵引头, 用15t导链牵引张拉杆至锚头距锚箱垫板0.5m处, 施拧张拉杆螺母, 完成张拉杆戴帽。 (6) 拆除15t导链, 安装硬牵引撑脚及250t千斤顶等硬牵引装置, 用千斤顶张拉锚杯张拉杆, 完成吊索塔架两桁前 (后) 索第二批各2根的锚杯戴帽。 (7) 按步骤五及步骤六, 完成吊索塔架两桁前 (后) 索第三批各2根的锚杯戴帽。 (8) 同步分级张拉两桁前 (后) 索首批各2根, 张拉过程调整塔架偏位, 将塔架轴线与钢梁对应立柱轴线共线, 继续同步分级张拉, 将锚圈戴至设计位置;依次按第二、三批的顺序, 同步分级张拉两桁前 (后) 索每批各2根, 将吊索张拉到位。现场施工中, 锚圈戴帽的设计位置由监控单位确定。
3 结论
1) 结合计算结果及挂索施工的效果可见, 在计算中考虑钢梁变形影响后, 戴帽索力有很大的降低 (尤其是前索) , 修正后的戴帽索力更加符合实际, 挂索计算中考虑钢梁变形的修正是非常有意义的。
2) 吊索挂设共分为卷扬机带滑车组软牵引、张拉杆戴帽、锚杯从戴帽至设计位置三个作业阶段;只有全部吊索均完成张拉杆戴帽后, 才能分批进行下一阶段作业。吊索挂设应遵循的原则:上、下游两桁对称进行, 前、后索同步操作, 分级加载, 控制塔顶偏位。
3) 每桁前、后吊索各6根, 每一批2根, 分三批进行对称挂设。对于同一桁吊索的挂设, 当无法保证前、后索同步操作时, 则须先挂设第一批前索, 再挂设第一批后索;为确保风缆受力安全, 此情况下第一批前索与后索张拉力差值应小于9.0t。在上、下游两桁前、后第二批吊索完成张拉杆戴帽后, 方可解除临时缆风和临时支撑架。
4) 在吊索挂设过程中, 应同步观测塔顶变位, 塔顶上、下游纵桥向偏位差应小于50mm;在锚杯戴帽前, 塔顶纵桥向偏位应小于450mm。
5) 吊索在张拉杆戴帽时, 前、后索每级加载控制在15t/根以内;吊索在第三个作业阶段时, 前后索每级加载控制在50t根以内。
摘要：挂索是特大钢桁拱桥施工工艺中极为关键的一个环节。论文结合某高速铁路特大钢桁拱桥施工的成功实践, 详细阐述了该特大钢桁拱桥挂索的施工方法, 为大跨度铁路钢桁拱桥施工提供了可供借鉴的技术资料。
关键词：高速铁路,特大跨度钢桁架拱桥,挂索,施工技术
参考文献
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铁路拱桥 篇7
对于梁拱组合桥, 拱脚是关键部位, 拱肋与主梁通过密布的钢筋连接在一起, 构造复杂, 受力也十分复杂, 不仅要承受拱肋传来的弯矩、轴力作用, 还要承受墩顶处竖向支座反力的影响, 它影响着全桥的承载能力和跨越能力, 在整个结构受力中显得至关重要。因此, 为了解拱脚局部应力场的分布规律, 为结构受力分析提供可靠的依据, 一般采用有限元分析方法, 并结合实际情况作具体分析。
为此, 本文运用桥梁结构分析系统BSAS软件, 对白坭河预应力混凝土连续梁拱桥进行全桥施工过程模拟计算, 以便了解各阶段的受力情况;采用国际通用大型结构有限元分析软件ANSYS建立拱脚局部应力分析模型, 并注意按实际拱肋钢管与混凝土不同材料进行模拟, 再以桥梁结构分析系统BSAS软件所建全桥模型的计算结果为依据, 将相应边界的弯矩、剪力及轴力施加于ANSYS实体模型中, 计算并分析拱脚各关键部位的应力分布情况, 对该桥拱脚结构承载与传力安全性进行研究[3]。
1 工程实例
白坭河铁路大跨连续梁拱桥, 主桥桥式采用 (70.7+145+69.2) m, 主梁为预应力混凝土结构, 采用单箱单室变高度箱形截面, 梁底按圆曲线变化;箱梁采用直腹板, 顶板、底板、腹板厚度均变化;拱肋为钢管混凝土结构, 采用等高度哑铃型截面, 计算跨度L=145.0m, 设计矢高f=29.0m, 拱轴线采用二次抛物线。
主梁及拱肋圬工采用C55高强混凝土;拱肋钢管及缀板内充填C55微膨胀混凝土;纵向预应力钢索采用标准强度fpk=1860MPa, 弹性模量Ep=1.95×105MPa, 公称直径为Φj15.24mm的钢绞线;顶、底板钢索锚下张拉控制应力σcon=0.68fpk, 腹板钢索锚下张拉控制应力σcon=0.72fpk;顶板和腹板钢索采用19-Φj15.24mm钢绞线, 底板采用15-Φj15.24mm钢绞线。
2 采用BSAS软件建立全桥施工阶段有限元模型
该桥采用“先梁后拱”的施工方法, 主梁采用悬臂灌注法施工, 墩顶梁段在各墩顶灌注, 其余各梁段采用活动挂篮悬臂灌注。
根据该桥施工方法及步骤, 采用平面杆系有限元软件BSAS建立全桥施工阶段有限元计算模型, 如图1所示。
通过初步分析计算可知, 拱脚受力关键阶段为:1) 拱肋弦管及缀板混凝土浇筑完成;2) 吊索安装阶段;3) 剩余预应力束张拉后;4) 索力调整至设计值阶段;5) 运营阶段。
*注:弯矩单位:k N.m;剪力、轴力单位:k N。
3 采用ANSYS软件建立拱脚局部有限元模型[4]
根据圣维南原理可知, 拱脚的局部应力分布只与邻近区域的应力状态有关, 远离拱脚区域的应力状态对拱脚处的应力分布影响很小, 可以忽略其对拱脚处应力分布的影响, 因此, 取拱脚及其邻近区域作为空间应力分析对象, 可以满足设计要求。
以运营阶段结构的内力分布图可以看出, 距离支座附近处的梁体与拱肋部位的内力值都达到最大且变化稳定, 因此, 建立拱脚三维有限元模型时, 沿纵向取距离支座左右各8.5m范围内的梁体及拱脚部分作为研究对象。
主梁、拱脚混凝土均采用20节点六面体实体单元solid95模拟, 拱肋混凝土采用8结点实体单元solid45模拟, 拱肋钢管采用4节点壳单元shell63模拟, 预应力钢束则采用link8单元来模拟。拱脚局部空间有限元模型、预应力束几何模型如图2、图3所示。
参考全桥BSAS模型的计算结果, 从平面模型中提取出构件相应位置的内力进行叠加, 然后将该值由整体模型单元局部坐标系转换至拱脚局部模型整体坐标系下的值, 即得到局部模型中每个构件应施加的内力, 按静力等效原则施加[5]。
利用平面杆系有限元模型, 可计算得到拱脚单元在前述五个阶段下的内力值, 其中运营阶段拱脚按最大弯矩、最大轴力、最小弯矩三个作用工况进行分析, 其作用荷载主要考虑恒载+活载+徐变+温度的影响。限于篇幅, 本文仅以运营阶段为例进行加载计算, 对应内力值如表1表示。
4 拱脚局部模型空间应力计算结果分析
为详细了解拱肋与箱梁连接处的实际应力分布情况, 将连接处单独切割出来进行分析, 并提出相应的应力分布图。
最大弯矩、最大轴力、最小弯矩作用下拱脚各个方向的应力分布云图分别如图4—图6所示, 经分析、总结后可知:
1) 三种工况下, 拱脚竖桥向应力σz相对较大, 顺桥向应力σx相对较小, 最大压应力为28.1MPa, 小于容许压应力, 拱脚大部分区域受压, 仅局部区域受拉, 且拉应力大于容许拉应力。
2) 由σ1云图可看出, 拱脚两侧区域大部分受压, 但压应力值较小, 最大值为2.74MPa;拱脚局部区域受拉, 且拉应力大于容许拉应力。
3) 由σ3云图可看出, 压应力有很大提高, 最大压应力为34.3MPa, 小于容许压应力, 但拱脚表面受拉, 最大拉应力为1.41MPa, 小于容许拉应力。
4) 拱脚局部受拉区域多为拱肋伸入拱脚内两者接触周围, 尤其是拱脚端面上上弦管上侧接触区域, 且拉应力值大于容许拉应力;下弦管下侧接触区域多呈受压状态, 且压力值较大。
5 拱脚局部传力特性分析
为进一步了解钢管混凝土构件的传力性能, 在拱脚局部模型中切取部分结构来分析拱脚与梁体内部的应力分布。
由图7—图9可知, 运营阶段最大弯矩、最大轴力、最小弯矩作用下拱脚与梁体受力较为均匀, 未出现应力集中现象, 充分说明拱肋与梁体连接较好, 两者共同作用大大提高了构件的传力性能及拱脚结构的整体性。
6 结语
通过对白坭河连续梁拱桥拱脚进行局部空间有限元分析, 可得出以下结论:
1) 与桥梁结构分析系统BSAS软件建立全桥模型的计算结果相比可知, 拱脚空间局部模型的应力分布规律基本与平面BSAS模型一致, 充分说明了本次计算中单元类型的选择、荷载的施加及模型建立的正确性与有效性。
2) 对运营阶段拱脚的应力分析可知, 拱脚在荷载作用下大部分区域呈受压状态, 受力较为均匀, 且压应力均在规范规定的容许应力范围以内;而拱肋伸入拱脚内两者接触周围区域混凝土多呈受拉状态, 但当实际拉应力大于混凝土的容许拉应力时, 钢管与拱脚混凝土通常会发生脱离现象 (脱离距离肉眼观察不到) , 因此一般不会将拱脚混凝土拉裂。
3) 通过切取梁体与拱脚结构并分析两者的实际应力分布情况, 可知拱脚与梁体受力较为均匀, 未出现应力集中现象, 说明该桥拱脚构造设计合理, 且具有良好的传力功能。
4) 结合各向应力分析结果, 建议在受拉区域增设抗拉钢筋以防止混凝土开裂;并对关键阶段拱脚的受力进行全程监控以保证结构应力变化始终处于安全状态。
摘要：本文结合一连续梁拱桥工程实例, 运用桥梁结构分析系统BSAS进行全桥施工过程模拟计算, 以便了解关键施工阶段的受力情况;然后采用有限元分析软件ANSYS建立拱脚局部模型, 且以BSAS全桥模型的计算结果为依据, 将相应边界的弯矩、剪力及轴力施加于拱脚局部模型中, 计算并分析各关键施工阶段拱脚的应力分布情况, 并对该桥拱脚结构的承载能力与传力安全性进行研究。
关键词：连续梁拱桥,拱脚,局部应力,有限元分析
参考文献
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