大跨径砼箱形拱桥施工拱圈-拱架联合受力研究报告

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1、大跨径砼箱形拱桥施工拱圈-拱架联合受力研究研究报告重庆交通大学中铁大桥局集团有限公司重庆分公司2008年5月项目名称：大跨径砼箱形拱桥施工拱圈-拱架联合受力研究项目来源：重庆市科技计划项目项目编号：CSTC,2007AC6035课题组成员：陈思甜李德坤卢以龙龚尚龙王继敏朱云翔田美武郭绪元吴海军刘鹏蒋云锋彭在萍阮泽莲报告编写：陈思甜刘鹏蒋云锋1概述1.1问题的提出1.2国内外研究概况1.3本项目的主要研究内容2依托工程模拟分析2.1工程简介2.2钢筋混凝土箱形拱桥施工工艺2.3施工过程模拟分析3实验研

2、究成果3.1研究方案3.2研究成果4研究报告一、概述1.1问题的提出拱桥是用拱结构作为桥身主要承重结构的桥。拱桥在竖向荷载作用下，两端支撑处除有竖向反力外，还产生水平推力，这个水平推力使拱内产生轴向压力，大大减小了跨中弯矩，使它的主拱截面材料强度得到充分发挥，所以拱桥是一种受力优越的结构，在条件适宜的情况下，修建拱桥是经济合理的。拱桥的建筑材料来源丰富，可以修建成圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥、钢拱桥和组合材料的拱桥，如钢管混凝土拱桥。拱桥的优点在于跨越能力较大；能就地取材，与其他体系桥梁相比，拱桥的造价

3、是较低的；圬工及钢筋混凝土拱圈耐久性好，养护、维修费用少；拱桥外形美观，能与周围环境较好协调，特别是在西部地区，山陵沟壑，在此建造拱桥，犹如一条彩虹飞跃两岸；构造简单，技术容易被掌握，有利于推广。同时，钢筋混凝土拱桥在建筑艺术上也容易处理，它可以通过选择合理的拱式体系及突出结构上的线条来达到美的效果。因此，在我国公路桥梁系列中，拱桥作为一种古老的桥式以其跨越能力大、承载能力高、可用地方材料、造价经济、养护维修费用少、造型美观等特有的技术优势而成为建筑历史最悠久、竞争力较强，并且常盛不衰，不断发展的桥

4、梁形式。拱桥施工可采用有支架和无支架法，跨度100m以上的拱桥采用无支架节段预制吊装施工是较经济合理的方案。但对于西南山区，如跨大渡河、雅砻江、重庆三峡山区等修建拱桥，由于场地限制，只能采用拱架现浇施工，其跨度一般为100m～150m，如果由拱架承担全部拱箱的重量，拱架必须设计得很强劲，用钢量大，拱架的架设及拱箱浇筑难以控制，采用分环浇筑混凝土，考虑已浇的混凝土环参与工作，和拱架联合作用，共同承担后续浇筑的混凝土重量，可大大简化钢拱架，减少临时设施钢拱架的用钢量。工程师们已认识到箱-拱架联合作用的重

5、要性，由于过去在这方面的研究工作以及可借鉴的工程经验不多，无相关的技术规范可循，设计时一般都考虑70%以上的拱箱重量由拱架承担，致使拱架等临时设施费用极高，拱架复杂，同时加大了拱架构造及拼装难度。目前在施工技术规范中无拱圈-拱架联合受力取值的相关规定，对设计和应用都带来了一定的困难。对拱圈-拱架联合受力研究工作具有现实意义，亟待补充技术规程的相关条文。综上所述，对大跨钢筋混凝土箱形拱桥施工的拱圈-拱架联合受力进行研究是必要的。1.2国内外研究概况拱桥在国内外都建造得比较多，对于小跨径拱桥多采用撑架式

6、拱架施工，对于大跨径拱桥采用无支架多节段预制吊装施工，都具有成熟的技术及相关规程。但在重庆山区公路建设及开发大渡河、雅砻江梯级电站等水利建设中，100m～150m跨径的钢筋混凝土箱形拱桥越来越多，由于场地的限制，一般只能采用钢拱架施工，工程技术人员们已逐步认识到考虑拱圈-拱架联合作用的重要性，充分利用已成拱环的贡献，降低钢拱架在后续拱环浇筑过程中的作用，简化拱架构造、降低施工难度，节约临时设施的用钢量。经查阅相关文献，对拱圈-拱架联合受力的系统研究工作较少，绝大多数设计人员凭经验考虑拱架承担70%以

7、上的拱圈重量进行拱架设计，因此，拱架用钢量大，拼装较困难，混凝土浇筑和控制难度都加大。由于拱圈-拱架联合受力分析，需要用实体单元模拟拱圈的作用，用杆单元模拟拱架的作用，要应用高级有限元分析软件才能得以实现，结合实际工程监测验证，正确反映已成拱环和拱架分担荷载的比例，从而加大了应用难度。目前在施工技术规范中无拱圈-拱架联合受力取值的相关规定，对设计和应用都带来了一定的困难。对拱圈-拱架联合受力研究工作具有现实意义，亟待补充技术规程的相关条文。1.3本项目的主要研究内容重庆交通大学结合西昌官地永久交通大

8、桥等大跨钢筋混凝土箱形拱桥的施工监控工作，采用美国MSC.Marc高级有限元分析软件，进行分环施工过程中箱-拱架联合受力仿真分析工作。通过分环施工过程中监测，对理论分析结果进行验证，对分析模型加以修正，给系统、深入的研究工作打下了良好的基础。本项目的技术关键就是采用高级仿真分析软件，准确分析分环浇筑过程中拱架和拱箱的联合作用，特别是已成拱环的贡献，拱架后期参与工作受力状态，挖掘拱架的承载潜力，降低拱架用钢量30%~60%，研究最优的分环方案。2依托工程模拟分析2.1工