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1、东湖特大桥提篮拱施工过程仿真分析第26卷第4期2009年l2月华中科技大学(城市科学版)J.ofHUST.(UrbanScienceEdition)V01.26No.4Dec.2oo9东湖特大桥提篮拱施工过程仿真分析金文成,怀臣子,张艳成,程志强(1.华中科技大学a.土木工程与力学学院;b.控制结构湖北省重点实验室,湖北武汉430074;2.中铁十八局集团第五工程有限公司,天津300450)摘要:东湖特大桥提篮拱是高速铁路客运专线上的一座钢管混凝土拱桥,利用刚性系梁抵抗拱的水平推力,为自架设体系.施工过程中,桥梁强度和刚度逐步组合形成,结构体系发生变化.本文结合施工仿真分析方法,详细模拟钢
2、管混凝土提篮拱桥的施工过程,分析施工过程中结构的变形,受力和稳定性情况,为其提供计算依据,保证施工的顺利进行.关键词:钢管混凝土提篮拱;施工过程;仿真分析;有限元中图分类号:U441文献标识码-A文章编号-1672—7037(2009)04-0015-05钢管混凝土提篮拱是一种新型的拱式体系,它将通常的中(下)承式平行肋拱的拱肋向桥轴线方向倾斜甚至在拱顶合龙,形成空间的拱式结构(亦称为x形拱),通过改变拱结构的静力计算图式来获得较大的横向稳定性,能有效解决施工中的面外稳定问题¨.尽管如此,施工过程仿真分析和施工监控依然不可忽视,而且愈来愈受到重视,其原因在于:(1)施工过程可能出现控制设计
3、的最不利状态;(2)成桥状态与施工过程直接相关,只分析成桥以后的整体结构而不考虑施工过程的计算结果是明显不完整的;(3)通过对施工过程的仿真分析可以有效分析施工方案的优劣,确定施工方案,达到理想状态;(4)通过施工过程仿真分析,顺利开展施工监控,可以提高对施工的科学管理,提高质量,保证安全,使桥梁的线形和应力逼近预定的目标口.对于本文的东湖特大桥提篮拱来说,施工过程先架设空钢管拱桥,然后浇注管内混凝土,张拉吊索,形成钢管混凝土拱桥,桥梁强度和刚度是逐渐组合形成的,增加了求解各施工阶段的变形值及预拱度的复杂性,同时由于各种因素的直接或间接影响,如设计计算中所采用材料的弹性模量,基准温度及施工
4、荷载等参数,与实际桥梁工程的相应参数存在偏差;施工中不可避免地存在测量误差,施工误差,使得桥梁各施工阶段的实际状态与设计状态存在偏差.在空钢管拱肋架设过程中如果上述偏差逐渐积累,而不加以控制和调整,拱肋的标高将会显着地偏离设计目标,造成合龙困难,从而影响成桥的内力和线形.钢管混凝土拱桥不同于斜拉桥,其内力和线形不能在成桥后再做调整,也不能像连续梁桥或连续刚构桥,节段标高在浇筑阶段可做调整,钢管混凝土拱桥在整个施工过程中轴线调整非常有限.而不同的施工方法,材料性能,施工(加载)程序又直接影响成桥后的线形和受力,同时施工现状与设计的假定总存在差异,必须结合具体施工方式,精确合理地计算,确保桥梁
5、在成桥后的结构受力和线形满足设计要求.1工程概况东湖特大桥提篮拱为武广高速铁路客运专线上的一座钢管混凝土拱桥,地处武汉东湖水域,全桥位于R>_-7000m的曲线上,计算跨径112.0m,矢跨比为1/5,m=1.347,拱肋采用竖置哑铃形钢管混凝土截面,等截面布置,钢管直径1200mm,由厚18mm的钢板卷制而成.拱肋的两钢管之间用=16mm的腹板连接.拱轴线采用悬链线形式,在横桥向内倾9.,形成提篮式.吊杆布置采用尼尔森体系,均由127根'p7高强低松弛镀锌平行钢丝束组成,全桥共48根.两拱肋之间设五道横撑,分别置于拱顶,六分点附近,拱顶设x型撑,拱顶至两拱脚间设4道K型横撑.横撑由
6、tp600,tp500和tp360的圆形钢管组成,钢管内部不填混凝土.系梁按直线制梁,采用单箱三室预应力混凝土截面,梁宽17.81TI,高2.5m.收稿日期:2009-05—18修回日期:2009-09-18作者简介:金文成(1958一),男,安徽望江人,教授,研究方向为预应力桥梁,87557610@163.corn.?16?华中科技大学(城市科学版)2009年2有限元模型提篮拱为空间结构,有限元模型采用国外桥梁有限元设计分析软件MIDAS/CIVIL进行.2.1计算参数(1)材料参数.混凝土:钢管拱肋内为C55微膨胀混凝土,系梁采用C50混凝土.吊杆:高强低松弛镀锌钢丝,抗拉强度=167
7、0MPa,弹性模量E.=2.05×10MPa,截面面积通过120q57换算,为4618.14mm,即直径为76.68inm的圆形截面.预应力筋:l5.24的低松弛钢绞线.(2)截面形式.拱肋截面形式采用施工联合截面定义,系梁的单箱三室截面分成四个截面定义,中间为两个工型截面,两端为端截面(图1).端部横隔板为矩形截面,系梁中部横隔板采用工型截面(图2).图1模拟系梁单箱三室截面图2系梁中部横隔梁(3)荷载.恒载:在成桥状
