无风撑钢管混凝土桥施工全过程仿真分析.pdf

7 0 低温建筑技术 2 0 1 5 年第 4 期( 总第 2 0 2 期) DO I ： 1 0 1 3 9 0 5 j c n k i d w i z 2 0 1 5 0 4 0 2 5 无风撑钢管混凝土桥施工全过程仿真分析 李亚侠 ( 哈尔滨工业大学建筑设计研 究院， 哈尔滨1 5 0 0 9 0 ) 【 摘要】 韩江北桥位于中国广东省潮州市， 为五跨连续无风撑钢管混凝土拱桥。主跨径 1 6 0 m， 是 目前世 界上跨度最大的斜靠式无风撑钢管混凝土拱桥。在该桥的施工过程中， 由于某些原因， 导致一些施工工序不能如 期完成。若仍按传统的施工顺序进行施工 ， 施工工期将被大大延后。本文针对该桥的实际施工情况提出了一种 新的施工顺序并利用有限元程序 A N S Y S对此施工方案进行了全过程仿真分析。分析了V形支墩及拱肋的应力 与位移的变化规律； 根据施工各阶段结构应力及位移的计算结果 ， 论证了新的施工顺序的可行性。将计算结果与 实桥监测数据进行对比分析， 证实理论计算与实测数据吻合 良好。 【 关键词】 钢管混凝土； 施工过程； 施工方案； 有限元分析 【 中图分类号】 T U 3 9 8 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 ) 0 4 0 0 7 0 0 3 钢管混 凝土 拱桥 的施 工工 序 主要包 括浇 筑 钢筋 混凝土 V形支墩与箱梁、 空钢管拱肋合龙、 系杆安装 与张拉、 拱肋混凝土灌注、 吊杆安装与张拉、 吊装桥面 系横梁与纵梁、 铺设桥面预制空心板 、 浇筑桥面混凝 土 、 安装防撞墙、 铺装桥面系沥青混凝土等。多跨连 续钢管混凝土拱桥的施工一般采取 由边跨向中间跨 依次流水施工的施工顺序， 待一道施工工序全桥完成 以后 ， 再进行下一道施工工序的施工。这样的施工方 案 的优 点在 于 ： 最 大 限度 的 实 现 了各 跨 间 的 均匀 加 载， 从而有效的保证了拱肋线型， 使得 V形支墩及拱 肋内的应力较为均匀。 1 工程概况 韩江北桥为五跨连续无风撑钢管混凝土拱桥， 主 桥全长 5 8 0 m， 跨径组 合为 1 1+ 8 5+1 1 4+1 6 0+1 1 4+ 8 5+ l l m( 图 1 ) ， 桥面宽 3 0 m， 双向6车道 ， 拱肋由哑铃 形钢管混凝土竖拱 和圆钢管斜 靠拱组成 ， 是 目前 世界 上跨度最大的斜靠式无风撑钢管混凝土拱桥 。 图1 韩江北桥主桥 ( 单位 ：m) 该桥原施工方案为： 在全部钢筋混凝土 V形支墩 与箱梁浇筑完成并达到设计强度后 ， 依次合龙 2个 c 跨、 2个 B跨和 A跨的空钢管拱肋 ， 然后再按此次序进 行系杆安装 、 张拉、 拱肋混凝土灌注等后续工序 ， 每次 施工完 C跨的一道工序后均吊装一片 T形梁以平衡 配重 。但 由于各种原因 ， 支撑 A跨 的 V构 与箱梁不能 按时完成 ， 同时 T形梁 也不 能 如期 吊装 ， 如仍 按 原施 工方案进行施工将严重影响施工进度。且原 T形梁 吊装方案的设备利用率低， 场地 占用量大， 不经济。 为此 ， 本文提出 了一 种新 的施 工顺 序 ， 即在 C跨 桥 面 系横、 纵梁吊装完毕后， 再进行 B跨钢管拱肋的吊装 合龙及其后续工序 的施工 ， 在施工 B跨时 ， C跨施 工工 作同时进行， 待 B跨施工至横纵梁吊装完成， 再合龙 A 跨， 并同时进行 B、 c跨的施工， 各跨施工相对独立且 不问断， 直至全桥竣工。而 T形梁的吊装 、 引桥现浇 层的浇筑及 其 沥青层 的铺 设选 择 在施 工 的最后 阶 段 进行 。这样 的施工方 案将大 大缩短 工期 ， 节 约施工 成 本 ， 提高生产效率及 生产效益 。 2有 限元模型 文中在进行施工全过程模拟分析时采用了等效 双联杆分析模型 ， 忽略了桥面系横纵梁及桥面板对 结构整体刚度的贡献而将其重力 以集 中力 的形式施 加在竖拱拱肋各吊杆位置上。分析时运用单元生死 技术来模拟钢管合龙 以及 拱肋混凝 土从浇 筑 、 养 护到 产生刚度并参与承载的施工过程。研究表明， 在分析 钢管混凝土拱桥在施工完 毕时 的静 力 响应 时 ， 可 以忽 略拱肋空 钢 管 吊装 阶 段 的影 响， 直 接 一 次激 活 空 钢 管。土体对桩基的作用采用弹簧单元 C O M B I N 1 4进行 模拟 ； 竖拱 的哑 铃型钢 管及 上 、 下 圆管 内混 凝土 采用 B E A M1 8 8单元 ； 系杆采用 L I N K 1 0单元 ； 腹板混凝土、 斜拱 圆钢管 、 竖拱及斜拱 问的等效联杆 、 钢筋混凝 土 V 构 、 空心墩及 箱 梁采 用 B E A M 4单元 。所 建立 的全桥 有 限元模型见 图 2 。 3结构应 力与位移变化规律 3 1 V形支墩最大拉应力的变化规律 V形 支墩是该 桥整个上 部结构 的支撑构 件 ， 在施 工过程中必须对其应力进行严格监控 ， 保证其应力变 化在设计允许范围内。图 3分别列 出了 z 1 、 Z 2 、 Z 3 V 构及支墩在各个施工阶段的最大拉应力。可见， 在 吊