劲性骨架在混凝土拱桥中的应用和模拟方式研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com2013年6月第6期城市道桥与防洪桥梁结构93劲性骨架在混凝土拱桥中的应用和模拟方式研究米曦亮，栗勇(北京市市政工程设计研究总院，北京市100082)摘要：劲性骨架施工方法近年来在大跨径混凝土拱桥中常用，结合福建省某新建跨江大桥对劲性骨架的布置和施工进行了简要介绍，针对劲性骨架在施工阶段计算中常用的三种模拟方式进行了讨论，计算比较结果表明，梁一板组合模型的精度足够，结果可信。关键词：混凝土拱桥；劲性骨架；模拟方式；梁一板组合模型；粱一实体组合模型中图分类号：U44

2、8．22文献标识码：B文章编号：1009—7716(2013)06—0093—04矢跨比为1／4，拱轴线采用悬链线，拱轴系数为0引言2．0。桥面宽31m，横向设两片拱肋，拱肋采用混凝拱桥常见的施工方法主要有支架施工法、缆土箱型箱形断面，宽2．5m，在跨中120m范围内，索吊装施工法、转体施工法和劲性骨架施工法f11。拱肋等高为3．0m；两侧各30m范围内，拱肋沿拱劲性骨架施工法是以钢管和型钢组成空间桁架结轴线两侧均匀加宽至6．0m，见图1。构，先分段制作成钢骨架，骨架拼装合龙成拱后压注钢管内混凝土，

3、混凝土达到强度后就形成钢管混凝土劲性骨架，再以其为支架分环分段浇筑拱肋混凝土，最终形成整个拱圈。劲性骨架施工方法主要优点如下：(1)骨架自重较小，有利于实现大节段的制作安装，快速拼接图1桥梁立面布置图(单位：m)成拱后即可作为所有后续拱肋施工步序的平台，1．2劲性骨架布置实现了无支架或少支架施工；(2)拱圈和拱肋全截由于河道主槽水量较大，枯水期短，如采用支面施工以分环分段的方式来分解，先期浇筑的混架现浇施工，需在河道中设置临时墩并搭设拱架，凝土达到强度后参与受力，与劲性骨架共同承担临时墩受水流浸泡和

4、冲击的时间长，存在较大的后期混凝土重量，减少骨架的用钢量和造价；(3)风险。同时，临时墩和拱架高度达到45m，在其上充分利用劲性骨架的压弯受力特性，在弦杆内压进行大体量的混凝土浇筑施工，临时结构自身的注混凝土，混凝土与骨架钢管共同作用，骨架的刚稳定性也存在问题。因此，拱肋施工采用先架设劲度和承载能力都得到了较大提高；(4)劲性骨架不性骨架，再分段分层浇注混凝土的方式，避免了长仅作为施工支架，被混凝土包裹后亦可在结构运时间大面积设置临时支架，施工的安全性更高，对营阶段参与受力，实现了钢材的充分利用。河

5、道阻水也不会有太大影响。因为上述诸多优点，钢管混凝土劲性骨架拱劲性骨架采用钢管和型钢组成，总体布置见桥成为近些年来大跨径拱桥常用的结构型式及施图2。工方法之一。420m跨径的重庆市万州长江大桥(1997年建成)、312m跨径的邕宁邕江大桥(1998年建成)、140m跨径的吊钟岩大桥(2004年建成，铁路拱桥)等都是其中的典型代表。1工程概况图2劲性骨架立面布置图(单位：CM)1．1主桥总体布置福建省某新建跨江大桥主桥采用中承式拱桥，劲性骨架在拱顶、与拱肋实腹段相接的拱脚斜桩基础。其计算跨度为180m

6、，计算矢高45m，处断面见图3。上下弦杆为+450mm×14mm厚钢管，内灌收稿日期：2013—01—24C50微膨胀混凝土；腹杆采L100×63×10角钢，作者简介：米曦亮(1982一)，男，湖南岳阳人，工程师，从事桥梁设计工作。上、下平联采用L75×50×8角钢，腹杆、上、下平学兔兔www.xuetutu.com94桥梁结构城市道桥与防洪2013年6月第6期2劲性骨架模拟方式讨论劲性骨架施工阶段模拟计算最大的复杂性在于：劲性骨架先作为施工支架，再压注弦杆内混凝土，然后逐步被拱肋混凝土包裹，结构的

7、力学模型、加载方式及一些基本参数都在不断地变化。劲性骨架为常见的桁架结构，可以用常规的空间梁系模拟，但拱肋混凝土浇注以后，劲性骨架被混凝土包裹，形成“劲性混凝土”或称“型钢混凝土”构件。这种构件在其极限荷载80％之前，两种材料可以共同工作，协调变形【21。目前在常规的劲性骨架施工分析主要有三种模拟方式：(1)将劲性骨架按刚度等效的方法简化为薄壁箱形截面，后期拱肋混凝土达到强度后转化为受力构件，刚度递增；(2)以空间梁系模拟劲性骨架，用板单元分别模拟底板、腹板和顶板，板单元刚度只计加浇混凝土的刚度，弦

8、杆的刚度不变，两种单元重叠，共用节点J【6】；(3)以空间梁系模拟劲性骨架，以实体单元模拟拱肋混凝土，实体单元以共用节点的方式围绕弦杆梁单元生成}7J。第一种方式无法得到准确的骨架杆件尤其是平联杆内力，不能对施工过程的控制形成有效指导，使用较少；第二种方式通过分步激活各部分混凝土板单元，较为真实地模拟施工过程，能够得到施工阶段和使用阶段骨架杆件、拱肋混凝土各部分的内力，能够有效地指导设计和施工，在实际工作中采用较多；第三种方式最为精细准确，但模型相对复杂，结果提取也有