钢管混凝土提篮拱桥施工阶段有限元分析

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1、铁道建筑50RailwayEngineering文章编号：1003—1995(2010)07-0050—03钢管混凝土提篮拱桥施工阶段有限元分析王剑(中铁十四局集团第四工程有限公司，济南250002)摘要：广深港铁路线广深段沙湾水道特大桥为钢管混凝土提篮拱桥，提篮拱桥上部结构可划分为15个施工阶段，对该桥的l5个施工阶段，分别采用桥梁博士软件和Midas软件建立二维平面模型和三维空间模型，进行有限元对比分析，得到各阶段拱肋钢管和拱肋混凝土压应力以及拱肋钢管竖向位移，对该桥梁工程的施工控制起到了很好的指导作用，也为今后同类工

2、程的施工和设计提供了参考和借鉴。关键词：钢管混凝土提篮拱桥施工阶段有限元中图分类号：U448．22；TU392．3文献标识码：A尼尔森体系钢管混凝土提篮拱桥是柔性系杆拱力及整体变形进行分析，后者将更有助于指导桥梁施桥，施工时靠系杆的张拉力来平衡荷载的作用，因此施工过程。本文以广深港铁路线广深段沙湾特大桥钢管工顺序对拱桥的最终拱肋线形和结构受力均有较大影混凝土提篮拱桥为例，分别采用桥梁博士软件和midas响。同时，在已建客运专线铁路桥中，可借鉴的钢管混软件进行平面和空间有限元分析，并将分析结果用于凝土提篮拱桥的施工经验较少¨

3、，故对该类拱桥施工该桥的施工控制。的各个阶段进行有限元计算分析并指导施工具有重要l施工阶段划分意义。杨兴旺等对拟建的112m新建铁路九河特大1．1工程概况桥提篮式系杆拱主桥进行了有限元分析J，研究了5广深港铁路线广深段沙湾特大桥钢管混凝土提篮种施工方案在施工全过程中的结构整体稳定性和构件拱桥全长116m，计算跨度为112m，桥下净空为承载力，但未对施工过程中拱肋钢管和混凝土中的应32．9m。提篮拱桥采用单箱三室截面预应力混凝土系(b)断面图检查孔＼l厂1截水槽1r==lIl===三图1提篮拱主桥布置及提篮拱上部结构横断面示

4、意梁。系梁底板在3．0m范围内上抬0．5m以减小风阻收稿日期：2010-01—10；修回日期：2010-05-08力。桥面箱梁顶宽17．8m，梁高2．5m。系梁吊点处作者简介：王剑(1978一)，男，山东蓬莱人，工程师。设横梁，横梁为实体截面。系梁箱体底板厚为28em，2010年第7期钢管混凝土提篮拱桥施工阶段有限元分析51顶板厚为30cm，边腹板厚为35on1，中腹板厚为30cm。提篮拱桥按尼尔森体系布置吊杆，矢跨比为1：5，拱肋平面内矢高为22．4m。拱肋采用悬链线线型，拱肋横截面采用哑铃形混凝土钢管截面，截面高度为图

5、2吊杆编号布置3．0m，沿程等高布置，钢管直径1200mm，厚18mm。每侧拱肋的两钢管之间用厚16mm的腹板连接。拱完成，吊杆张拉力达到最大。肋在横桥向内倾9。，形成提篮式，拱顶处两拱肋中心2有限元计算模型间距9．19m，拱脚处两拱肋中心间距16．20m。全桥共设5处钢结构横撑，分别为一字撑和K形撑。2．1计算参数主桥立面布置及横断面见图1所示，根据设计要荷载取值如下：主桥自重按实际尺寸及材料的密求，提篮拱桥采用先梁后拱的施工方法。度进行计算；二期恒载，包括曲线双线、无声屏障、1．2施工阶段CRTSI型板式无砟轨道，按照

6、148．9kN／m取值；制动该钢管混凝土提篮拱桥上部结构可划分为15个力或牵引力按照竖向静活载的10％取值；设计活载为施工阶段：首先浇筑系梁混凝土，达到设计要求后，张ZK活载。拉第一批预应力，拼装拱肋钢管，并浇筑钢管内混凝温度取值如下：合龙温度取(17±3)cI=；均匀升土；之后依次进行吊杆张拉，吊杆张拉的过程按照12温、降温取25~C和一25％；非均匀升温、降温分别为拱个工况进行，吊杆编号见图2，依次对称完成各吊杆张肋±10℃，吊杆±15oC及系梁+10℃、一8℃。拉施工；各吊杆安装完毕，初次张拉全部完成后，张拉该钢管混

7、凝土提篮拱桥上部结构各构件材料特性系梁剩余预应力索，拆除系梁支架；最后二期恒载施工值如表1所示。表1提篮拱桥上部结构各构件材料特性值2．2有限元模型利用桥梁博士计算软件建立平面有限元模型，见图3所示，共计248个平面梁单元，224个节点；忽略全桥横撑和横隔板对结构刚度的影响和桥梁横向几何形状对结构变形的影响，将其作为荷载，以集中力作用到模型相应位置。图4提篮拱桥空间有限元模型供约束扭转刚度与实际结构的等效性，横隔板采用工字型截面，即将箱梁顶板、底板的一部分作为工字型截图3提篮拱桥平面有限元模型面的翼缘板考虑，同时所增加的自

8、重通过调整材料容重将其抵消。利用MIDAS／Civil有限元计算软件，建立该提篮3计算结果分析拱桥的空间有限元模型，如图4所示，采用空间桁架单元模型，共计506个空间梁单元和48个空间桁架单3．1拱肋钢管和拱肋混凝土应力元，267个节点。通过计算得到各施工阶段提篮拱桥拱肋钢管和拱在简化力学模型时，为保证