钢管混凝土拱桥不同成桥方式对结构影响.pdf

3 6 低温建筑技术 2 0 1 0年第 1 1期( 总第 1 4 9期 ) 钢管混凝 土拱桥不 同成桥方式对 结构影响 凌知民， 段书龙 ( 同济大学桥梁工程系。 上海2 0 0 0 9 2) 【 摘要】 通过对钢管混凝土系杆拱桥不同成桥方式的计算分析 ， 得到钢管混凝土拱桥不同施工顺序、 吊杆 张拉与否对成桥状态拱肋应力、 系梁应力以及吊杆内力产生的影响， 分析对比得出最佳设计成桥顺序 ， 从而为设 计施工提供好的指导。 【 关键词】 钢管混凝土系杆拱桥； 施工顺序 ； 吊杆张拉 【 中图分类号】 T U 7 5 5 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 — 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 1 1 — 0 0 3 6 — 0 3 T HE EF F ECTS oF DI F F ERENT W AYS F oR THE CoNS TRUCTI oN oF THE STEEL PⅡ’ E CoNCRETE TI ED ARCH BRⅡ) GE To THE S TRUCTURE L I NG， Zh i — mi n，DUAN S h u— l o n g ( B r i d g e E n g i n e e r i n g o f T o n ~ i U n i v ． ， S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h r o u g h a n a l y z i n g t h e s t e e l p i p e c o n c r e t e t i e d a r c h b r i d g e c o n s t r u c t e d b y d i f f e r e n t w a y s ， e ffe c t s o f di f f e r e nt c o n s t r u c t i o n o r d e r s a n d wh e t h e r h a n g e r s a r e t e n s i o n e d o n s t r e s s o f a r c h r i b s ， t i e — b a rs a n d i n t e rn a l f o r c e o f s u s p e nd i n g b a r s a r e o b t a i n e d。 Th u s ，we c a n g e t t he b e s t c o n s t r u c t i o n o r de r a s a g u i d a n c e o f d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n ． Ke y wo r d s： s t e e l p i p e c o n c r e t e t i e d a r c h b ridg e ；c o n s t r u c t i o n o r d e r ；h a ng e rs t e n s i o n 钢管混凝土系杆拱桥以其稳定的结构， 较大的跨越能 力， 优美的线形和 自重轻、 强度大等优点， 在我国近年来的 桥梁建设中备受亲睐。钢管混凝土结构较好的结合了钢和 混凝土的优越性能， 推动了拱桥向大跨度、 高强度和高稳定 方向发 展。 1 问题 的提 出 随着钢管混凝土在国内外的研究和建设， 钢管混凝土 理论的研究也 日趋成熟， 尤其在拱肋 的拱轴线型 、 拱桥稳 定 、 拱桥动力特性以及拱桥的吊杆调索等方面理论较为完 善 I 6 ， 但是在成桥方式对拱桥的影响上研究不多， 尤其是 成桥方式中吊杆的张拉对结构的影响研究匮乏， 甚至存在 一 定 的误 区。 受桥址处地质条件、 通航、 施工难度、 结构稳定等因素 影 响 ， 钢管系杆 拱桥按成 桥方式分 “ 先梁后 拱法 ” 和“ 先拱后 梁法” 两种方案 。 J 。 先梁后拱法施工是指： 采用支架现浇、 预制拼装、 顶推 等方法完成梁的架设后， 施工拱肋、 吊杆完成体系转换的施 工 的过程 ( 图 1 ) 。在施 工中拱脚 的水平推 力 由梁 内预应力 来承担。目前普遍采用张拉 吊杆将梁的荷载转移到拱肋 上， 完成体系转换。本文提出先梁后拱不张拉吊杆方案 ， 靠 施工前的支架定位来协调体系转换 中系梁和拱肋位移变 化。这样减少了吊杆张拉给施工带来不便。 先拱后梁法施工是指 ： 采用支架节段吊装、 整体吊装、 斜拉吊装节段施工等方法完成拱肋施工后， 利用吊杆吊装 图2先拱后梁施工方案驾设拱肋段 劲性骨架逐段浇注、 挂蓝逐段浇注和预制吊装等方法， 完成 桥梁的施工的过程( 图2 ) 。施工中拱脚水平推力由临时措 施承担( 如临时固结、 临时拉索) 。先拱后梁施工中， 目前均 采用利用吊杆定位的方式完成施工。本文提出先拱后梁张 拉吊杆的方案， 即系梁合拢后对吊杆张拉调整的方案。 2有限元建模及假定 以上海市某高速公路桥为例 ， 主桥采用标准跨径为 1 2 5 m的下承式钢管混凝土系杆拱桥。拱肋的计算跨径为 1 2 0 m， 计算矢高3 0 m， 矢跨比 1 ／ 4 。单幅桥宽 1 4 ． 3 m， 系梁内 凌知民等： 钢管混凝土拱桥不同成桥方式对结构影响 3 7 埋设劲性骨架。利用 MI D A S进行有限元分别对先梁后拱张 拉吊杆 、 先梁后拱不张拉吊杆、 先拱后梁张拉吊杆和先拱后 梁不张拉吊杆四种施工方法进行有限元模拟。 为了合理的控制施工 ， 避免施工过程中出现过大的位 移和应力波动， 更好的达到设计线形， 施工过程中各阶段应 遵循 以下准则及假定 ： ( 1 ) 施工过程中控制张拉预应力引起系梁累积应力 过大的状况， 保证系梁施工过程中不出现拉应力 ， 或者仅出 现短期较小拉应力 。 ( 2 ) 张拉吊杆时控制张拉应力的大小， 不得出现张拉 该根吊杆或者张拉周边吊杆引起吊杆应力超出允许应力的 状况 J 。 ( 3 ) 根据墩的极限强度计算控制拱脚阶段累积位移 不得超过 3 c m。 ( 4 ) 拱肋上下管内混凝土施工过程中尽可能不出现 拉应 力。 3 计算结果分析 根据有限元计算， 对四种方案中的拱肋应力、 系梁应力 及吊杆内力进行分析对比， 结果如下： 3 ． 1 拱肋分析 成桥后拱肋的应力分布如表 1 。表 1中最大最小应力均 位于拱脚混凝土与裸露钢管拱肋衔接的地方， 最小应力位 于衔接口混凝土内的钢管上， 最大应力位于衔接口裸露的 钢管上。此处应力突变严重， 造成这种现象的原因是由于 截面的突变使该处应力产生突变。因此除了采用混凝土渐 变截面以外还应该采用加劲构件增加局部强度。严禁将拼 装接口设置在衔接位置。 表 1 拱肋应力统计表 MP a 另外 ， 张拉吊杆方案均比同种施工顺序中不张拉吊杆 拱肋应力偏小， 应力分布更加均匀； 先梁后拱施工方案的拱 肋应力分布比先拱后梁施工方案偏小。这是由于施工顺序 造成的拱肋应力的分布变化， 对拱轴线也有一定的影响。 3 ． 2系梁分析 成桥后系梁应力分布如表 2 。系梁整体应力分布 比较 均匀， 应力最大出现在拱脚附近的实体系梁或者横隔板处， 说明系梁整体基本受压。各施工方案对系梁的应力影响不 大， 但是同种施工顺序中张拉 吊杆 比不张拉吊杆系梁应力 分布略显均匀， 上下翼缘应力分布差异较小， 系梁基本处于 受压状态。 3 ． 3 吊杆分析 成桥后吊杆应力分析如表3 。 表 3中张拉吊杆方案的最 大吊杆力均出现在第一根吊杆位置， 而先拱后梁最小吊杆 力同样出现在第一根吊杆处。吊杆张拉与否对 吊杆内力分 布影响较大， 主要是因为吊杆伸长和拱肋变形协调所造成 的。虽然吊杆内力均能满足容许应力法要求， 但是不均衡 的内力分布对结构受力和拱肋变形影响较大。采用 吊杆张 拉的方案内力分布比较均匀， 更能较好的符合设计线形。 表 2 系梁各施工方案上下翼缘应力分布 MP a 施工顺序 施工差别 平均 吊杆力 最大 吊杆力 最小吊杆 力 4 结语 四种方案中， 张拉吊杆方案相 比同种施工顺序中不张 拉吊杆方案， 拱肋内力分配更加均匀， 系梁受弯较小， 吊杆 内力分布均匀( 经过吊杆的微调可以达到更加好的效果) 。 在先梁后拱成桥方式中， 张拉吊杆除了结构内力和线形 比不张拉吊杆方案有较大优势外， 施工中因为荷载转移， 减少 拆除支架难度， 体系转换中避免了内力突变， 更合理安全。 在先拱后梁成桥方式中， 由于本文实例中系梁采用劲 性骨架施工 ， 吊点定位较早， 后期浇注系梁和横梁影响较 大。若采用挂蓝法和预制拼装的方法 ， 吊点随施工进行逐 步定位， 拱肋变形和吊杆内力在施工中不断变化， 可以通过 每个阶段的吊点标高来控制拱肋和系梁变形。施工实践证 明这两种施工方案比较适合尼尔森体系系杆拱桥， 成桥后 内力和变形较小。但是建议合拢后对吊杆进行调整。 本文对不同成桥方式吊杆张拉与否的四种方案进行对 比， 得出钢管混凝土系杆拱桥最终成桥的应力状态， 对以后 的设计和施工有指导意义。但是由于各个桥梁受设计预应 力、 系杆张拉力、 桥墩刚度、 以及施工顺序等因素的影响， 产 生的结果也会略有差异。对于单个因素的影响程度， 还有 待进一步研究。 参考文献 [ 1 ] 冯春莹， 耿旭辉， 吴红升 ． 某桁架式钢管混凝土系杆拱桥稳定 分析[ J ] ． 科技创新导报， 2 0 0 8 ， ( 3 4 ) ． 3 8 低温建筑技术 2 0 1 0 年第 1 1 期( 总第 1 4 9 期) 呼兰河钢桁架桥施工监控方案分析 陈树华， 李宏升 ( 哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院， 哈尔滨1 5 0 0 0 1 ) 【 摘要】 以哈尔滨第三发电厂呼兰河供热管道架空段的钢桁架桥为背景， 在顶升过程中应用施工监控技 术， 将现场实测值与理论值进行比较分析， 如果两者相差较大， 分析其原因并及时采取有效的调整措施 ， 使施工误 差保持在允许范围内， 确保结构在施工过程中的安全性以及竣工后结构的可靠性。 【 关键词】 施工监控； 数值模拟； 施工分析 【 中图分类号】 T U 7 1 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 — 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 1 1 — 0 0 3 8 — 0 2 CoNS TRUCT I oN M oNI ToRD G AND CoNTRoL ANALYS I S 0F THE S TEE L TRUS S BRⅡ) GE oF HULAN RI VER CHEN S h u— h ua，LI Ho n g— s h e n g ( C o l l e g e o f A e r o s p a c e a n d C i v i l E n g i n e e ri n g o f H a r b i n E n g i n e e ri n g U n i v ． ，H a r b i n 1 5 0 0 0 1 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： Co n s t r u c t i o n mo n i t o r i n g a n d c o nt r o l we r e c a r r i e d o u t d u rin g t he l i f t i n g p r o c e s s o f t he s t e e l t rus s b r i d g e o f h e a t — s u p p l y pi p e l i ne o v e r h e a d s e c t i o n o n Hu l a n Ri v e r o f t h e t h i r d e l e c t ric p o we r p l a n t i n Ha r b i n． Me a s u r e d r e s u l t s we r e c o mp a r e d wi t h t h e t h e o r e t i c a l r e s u l t s ，a n d we c h e c k e d t h e mo d e l a n d a n — a l y z e d t h e r e a s o n s i f the r e a r e s i g n i fi c a n t d i ff e r e n c e s b e t w e e n the m．B e s i d e s ， e ff e c t i v e a a j u s t m e n t s m e a s — u r e s we r e t a k e n t o k e e p c o ns t ru c t i o n e r r o r s wi t h i n t he a l l o wa b l e r a n g e s，wh i c h t o e n s u r e the s a f e t y d u rin g t h e c o n s t ru c t i o n p r o c e s s a n d r e l i a b i l i t y a f t e r c o n s t ru c t i o n c o mp l e t i o n ． Ke y wo r d s ： c o n s t ruc t i o n mo n i t o ri n g a n d c o n t rol ； n u me ri c a l s i mu l a t i o n； c o n s t ruc t i o n a n a l y s i s 1 施工监控的 目的 施工监控就是借助计算机利用数值模拟方法来 模拟结构的施工过程， 求解结构在各施工阶段的内力 和位移， 将现场实测值与理论值进行比较分析， 如果两 者相差较大， 就要进行检查和原因分析， 并及时采取有 效的调整措施 ， 使施工误差保持在允许范 围内 ， 确保 结 构在施 工 过 程 中的 安 全 性 以及 竣 工 后 结 构 的 可 靠 性⋯ 。在施 工过程 中实 时掌握结 构 内力 分 布情 况、 结 构的变形情况， 以便在施工过程中及时做出预测、 调 整 ， 这对顺 利实现设计 目标是至关重要的。 建筑结构在施工过程中受力复杂且构件传力往 往具有不确定性， 因而， 结构施工监控的关键因素是由 结构施工方案所决定的在施工过程中结构关键部位 的应力和变形。所谓的关键部位就是结构在施工过程 中各个施 工 阶段 出现 的 内力 或变形 超 限 的危险 部位 引。 阶段施工模拟是非线性静力分析的一个特殊类 型 ， 用来模拟施工过程 中结构 的刚度 、 质量 、 荷载等不 断变化的过程。对定义的每个施工阶段的结构状态各 分析一次， 且每一次分析都是在前一次分析的结果基 础上进行 的， 因此 ， 在整个分 析过程 中 ， 结构不 断发生 变化 ， 所以说阶段施工的数值模拟是一种静力非线性 分析过程 0 。 2 监测系统 的技术路线 [ 2 ] 孙吉飚 ， 邱麟 ．钢 管混凝 士 劲性 骨架 拱桥 施工 稳定性 研究 [ J ] ． 现代交通技术， 2 0 0 9 ， ( 1 2 ) ． [ 3 ] 叶梅新， 徐润锋， 谢晓慧． 确定系杆拱桥吊杆索力张拉值的方 法[ J ] ． 交通科技月工程， 2 0 1 0 ， ( 3 ) ． [ 4 ] 孙吴， 钱永久， 蔡迎春． 结构参数变化对钢管混凝土拱桥动力 特性的影响分析[ J ] ． 重庆交通大学学报 ， 2 0 0 9 ， ( 6 ) ． [ 5 ] 范立础 ． 桥梁工程[ M] ． 北京： 人民交通出版社， 1 9 9 6 ． [ 6 ] 陈宝春 ． 钢管混凝土设计与施工[ M] ． 北京： 人民交通出版 社 ， 1 9 9 9 ． [ 7 ] J T G 1) 6 2 — 2 0 0 4 ， 公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规 范[ s ] ． [ 8 ] C E C S 2 8 — 9 0 ， 钢管混凝土结构设计与施工规范[ s ] ． [ 收稿 日期 】 2 0 1 0— 0 8— 3 1 [ 作者简介] 凌知民( 1 9 6 1 一) ， 男， 上海人， 副教授， 从事桥梁 设计与加 固研究。