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提篮式拱桥力学性能分析及施工控制研究

杨磊  
【摘要】:中、下承式拱桥因其优美的造型、广泛的适用场合以及良好的经济指标等因素而成为近年来城市桥梁设计方案中优先考虑的桥型之一,据有关资料统计,我国现在已建成中、下承式拱桥有300余座,目前仍在向更大跨径、更大规模的方向发展,应用区域和范围也在不断扩大。由于中、下承式拱桥组成构件较多,施工工艺复杂,随着跨径的不断增大,施工难度也相应增加,施工技术及施工安全问题的重要性逐渐凸现出来。据有关资料统计,拱桥安全事故90%以上发生在施工阶段,所以,应对中、下承式系杆拱桥的施工控制进行研究。近年来,由于桥梁施工的需要,桥梁施工控制技术已引起了众多桥梁工作者的极大兴趣,本文所做工作正是在此背景下开展的。 平顶山市开发路湛河二桥主桥——下承式钢筋混凝土系杆拱桥,主跨120m,采用刚性拱肋、刚性系杆、柔性吊杆的布置形式,拱肋和系杆梁均采用钢筋混凝土箱型截面,两片拱肋向桥中心倾斜10度,通过拱顶区段的6道工字型截面的钢筋混凝土横撑连接成为整体,组成提篮式拱结构,全桥对称布置32根吊杆,吊杆和拱肋在同一平面内。该拱桥的桥面系和拱肋均采用满堂支架现浇的方式进行施工。本文根据该拱桥的结构特点,采用有限元法对桥梁进行离散,用空间梁单元模拟系杆梁、端横梁、中横梁、纵梁和拱肋等构件,用只承受拉力的空间杆单元模拟吊杆,建立了该拱桥的空间有限元计算模型,利用ANSYS有限元程序对该拱桥进行了初始平衡状态下的静力分析、动力分析和稳定分析,对桥梁的设计进行了成桥状态验算,探讨了该提篮拱桥与平行肋拱桥在稳定性方面的区别,最后结合湛河二桥施工控制项目,对桥梁施工控制理论和方法等作了详细的研究,并利用Midas/Civil有限元程序对桥梁的施工过程进行了模拟,具体介绍了湛河二桥的施工控制工作。综合以上工作,本文得出以下结论: 1.该拱桥的拱肋主要承受压力,弯矩较小;系杆梁虽然是一拉弯构件,但由于布置有多道预应力筋,截面全跨受压;吊杆张拉力比较均匀,且吊杆张拉力对桥面系的线形控制作用比较明显;桥梁各构件受力和变形均在桥梁设计规范规定范围之内,表明桥梁结构受力合理。 2.该拱桥的振动主要有拱肋的面外振动、桥梁整体的竖向振动和扭转振动3种振动形式。拱肋的面外刚度相对较小,在振动中首先出现拱肋的面外振动:桥梁前15阶振型中横向振动、竖向振动和扭转振动各占三分之一,与一般中、下承式平行肋拱桥有所不同。 3.该拱桥失稳特征主要表现为拱肋的面外失稳,与一般中、下承式系杆拱桥失稳特征基本相同,但由于拱肋倾角的存在,使得该桥的横向稳定性要明显优于平行肋拱桥,两种工况下提篮拱桥的稳定安全系数明显高于平行肋拱桥的稳定安全系数。 4.根据该拱桥桥型特点和施工工艺,制定出详细的桥梁施工控制方案,运用现代工程控制论的思想,对吊杆及桥面系预应力筋张拉程序、拱肋的浇筑以及拱架卸架过程


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