大跨度钢筋混凝土箱形拱桥有限元计算研究.pdf

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1、大跨度钢筋混凝土箱形拱桥有限元计算研究董健(重庆交通大学土木工程学院，重庆400074)摘要：以雅砻江两河口水电站库区复建县道X037线溪工沟大桥为例，对施工过程进行仿真分析，通过计算结果的比较分析，供本桥以及类似工程参考。关键词：钢筋混凝；土箱型拱桥；施工监控；有限元分析中图分类号：U441．3文献标志码：A文章编号：1672—4011(2016)04—0163—03DOI：10．3969／j．issn．1672—4011．2016．04．08l1工程概况溪工沟大桥为雅砻江两河I：1水电站库区复建县道X037线溪工沟至尤拉西沟段的一座钢筋混凝土箱型拱桥，在溪工沟沟口以内约400m附近跨越溪

2、工沟，沟口为现有X037公路。起讫里程桩号为K68+656．82一K68+820．27，主孔为净跨100m，孑L跨布置为2×13m连续板+100nq钢筋混凝土箱型拱桥+2x13m连续板，拱桥总长163m。两岸2×13m连续板引桥皆位于平曲线上。桥面净宽：2×3．25m车行道+2×0．5m防撞护拦，桥梁全宽8m；设计荷载为：公路一I级，特一220验算；桥梁纵坡一1．2％，见图1。图1溪工沟大桥立平图主桥钢筋混凝土箱型拱净跨径为100m，矢跨比1／5，净失高20m，拱轴系数rll=1．655。拱圈宽6．22m，高2m。拱上结构为双柱式排架，行车道板为13×8m简支空心板，横向由6块预应力混凝土空

3、心板组成，其中边部空心板2块，宽149cm，高50cm；中部空心板4块，宽124eln，高50cm。拱箱采用预制的箱形截面，共4个拱箱室，组合截面高1．82m。拱箱箱采用无支架缆索进行吊装，每个箱肋分5段。拱圈宽6．22m，预制高1．82m，上铺0．18m厚整体化现浇层，全高2．0m。主拱由4片钢筋混凝土预制闭合拱箱作者简介：董健，男，四川乐山人，在读硕士研究生，主要研究方向：混凝土结构与复合结构设计。组成，每箱分5段吊装，最大吊装净重量为581kN(边箱拱脚段)，全桥共需预制安装拱箱20段。预制拱箱边箱顶板宽1．5m，中箱顶板宽1．4m，边箱底板宽1．48m，中箱底板宽1．5m，顶板厚12

4、cm，中箱及边箱内侧腹板厚10cm，边箱外侧腹板厚20em，底板厚20cm，现浇纵缝厚20cm，拱圈每隔一定距离设置一道10em厚的中空横隔板。全部拱圈安装完成，接头焊接完毕后，浇筑纵横接缝及顶板现浇层混凝土，整体化拱圈。拱上采用垫梁、双柱式矩形排架和悬臂盖梁来支承桥面结构，主桥桥面板为13跨8m跨径钢筋混凝土简支空心板。主桥下部结构交界墩为双柱式墩，直接设置在拱座基础上，拱座基础为桩基础，基底嵌入微风化岩层中。引桥墩采用双柱式墩，基础为桩基础，桥台皆采用重力式实体桥台，扩大基础。拱箱预制场设置于雅江岸台尾，开挖山体后形成纵向长度25nl，横向宽度40m的预制场地，预制好的拱箱利用龙门吊机横

5、移至主索下方，采用无支架缆索吊装系统进行安装。2施工过程模拟本桥采用midas2010软件来建模，采用梁单元进行模拟，使用梁单元2366个。该桥的主桥拱圈采用缆索吊装斜拉扣挂法施工，总共分为23个施工阶段。考虑整体升温20℃，整体降温20℃，按规范考虑桥面板非均匀温度，按照温度梯度来分析，收缩徐变按3650d(10年)考虑。有限元模型见图2。图2有限元模型主要计算参数：①混凝土容重，}昆凝土容重按设计说明，取27kN／m3；沥青混凝土取21．9kN／m3。②混凝土弹性模量，C50、C40及C30混凝土弹性模量分别取3．45×104MPa、3．25×104MPa、3×104MPa。③预应力钢筋

6、容重，预应力钢绞线采用GB／T5224—1995标准，工=1860MPa，咖．=15．24mm，管道摩阻系数：¨=0．2，偏差系数：k=0．0015，锚具变形和钢筋回缩值：Al=6mm(一端)，钢绞线松弛率取0．03，钢绞线弹模取1．95x103MPa。·163·3变形与内力计算本项目以100m跨度的上承式箱形拱桥为分析对象，运用建立的空间精细有限元模型，按照施工步骤和工况划分，对箱形拱桥施工全过程进行空间有限元仿真分析，结果如下。3．1成桥后变形计算(见图3)注：应力负值表示压应力，正直表示拉应力。图3二期铺装状态位移图由图3可知，在箱形拱桥建成后，最大挠度发生在主拱圈的跨中，为8．08c

7、m。3．2主拱圜在自重荷载下的变形计算拱桥中的拱圈是对称的，其中发生的位移也是对称的，如图4所示。匮I豢。?L图4拱圈变形图3．3现浇整体化层后主拱圈的变形计算拱圈变形见图5，主拱圈变形竖向位移见表1。3．4内力计算溪工沟大桥分析模型总有23个施工阶段，每个施工阶段的应力验算均满足规范要求，由于篇幅有限，本文只探讨主拱圈吊装完成阶段，主拱圈吊装完成阶段应力验算见表2。燧l型址空壁!一r’。0·164·图5拱圈