脱空对钢管混凝土拱桥整体稳定性影响分析-论文.pdf

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1、第4JD卷第3期湖南交通科技Vo1．40No．32014年9月HUNANCOMMUNICATIONSCIENCEANDTECHN0LOGYSep．2014文章编号：1008-844X(2014)03—0081-05脱空对钢管混凝土拱桥整体稳定性影响分析杨玲(湖南省怀化市高铁广场建设有限公司，湖南怀化418000)摘要：钢管混凝土拱桥由于可以很好地发挥钢材和混凝土的优势，在我国现代桥梁的发展中占居十分重要的位置，但是钢管混凝土拱桥在施工及运营过程中经常出现脱空问题。首先讨论产生脱空的原因，然后建立了空间有限元模型，讨论脱空对钢筋混凝土拱桥整体稳定性的影响，分析结果表明：钢

2、管与混凝土的脱空会降低钢管混凝土拱桥的整体稳定性，随着脱空范围的不断增加，钢管混凝土拱桥的稳定系数不断降低。当脱空长度为拱肋长度的1／2时，全桥布载、半桥布载与半侧布载情况下拱桥的稳定安全系数分别降低了14％、18％、23％。钢管混凝土中的脱空问题应引起足够重视。关键词：钢管混凝土拱桥；脱空；整体稳定性中图分类号：U445．7文献标识码：A0引言1脱空原因分析钢管混凝土拱桥由于可以很好地发挥钢材和混依据文献[1，2]的总结，目前，我国钢管混凝土凝土的优势，在现代桥梁的发展中占居十分重要的拱桥大量出现脱空的现象，具体原因如下。位置，钢管混凝土拱桥具有如下优点：1．1施工过

3、程中产生的脱空问题1)钢管本身就是混凝土模板，因而浇筑混凝土施工过程中产生的脱空问题主要是因为泵送混时，可省去支模、拆模等工序，并可适应先进的泵送凝土的质量达不到设计要求，在搅拌过程中出现泌混凝土工艺。水、分层、离析等问题，这导致钢管混凝土的拱肋拱2)采用钢管混凝土可充分发挥钢管与混凝土顶出现空洞，导致钢管与混凝土出现脱空现象。这的特点，利用钢管的约束作用，提高混凝土的延性。类问题一般是由于混凝土配合比不合理、或者浇筑国内外大量研究者对钢管混凝土脱空问题进行过程中施工组织安排不合理，钢管混凝土的压注时了研究，文献[1，2]对钢管混凝土脱空问题的最新间或者浇筑方向控制不当

4、等因素引起。进展作了综述，文献[3～6]对钢管混凝土拱桥的稳1．2钢管混凝土养护或者运营阶段产生脱空定性进行了分析，虽然目前部分学者对钢管混凝土混凝土凝结硬化过程中的处理不当也可能产生拱桥的稳定性进行了分析，也针对脱空问题进行了钢管与混凝土脱空，硬化过程中的脱空主要是混凝研究，但建立的分析模型基本上是实体模型，通过钝土微膨胀剂掺量不合理，导致的核心混凝土收缩引化钢管与混凝土的连接单元来模拟脱空。这种分析起的。或者由于轴力、温度，收缩徐变等原因J，导方法计算量很大，计算效率较低，且对脱空的描述缺致钢管与混凝土在接触面处产生缝隙，导致脱空。乏足够的物理意义。不管是那种形式的

5、脱空，最终的结果就是导致本文在总结脱空原因的基础上，通过钢管混凝钢管不能很好地约束混凝土，使得钢管与混凝土不土整体本构模拟粘结完好的钢管拱，通过钢管与混能整体受力，这样不仅不能发挥钢管混凝土的优势，凝土单独的本构关系来描述钢管与混凝土的脱空，甚至使其内混凝土以荷载的形式加载在外侧钢管然后采用梁单元进行建模对钢管混凝土进行分析，上，使外侧钢管应力增加，产生对结构受力不利的影这种分析思路概念清晰，分析效率较高。响。收稿日期：2014-04—07作者简介：杨玲(1981一)，女，工程师，主要从事路桥建设管理。82湖南交通科技4O卷3．2钢管与混凝土脱空的模拟2工程背景当钢管与

6、混凝土粘结良好时，不考虑脱空，充分本文以一跨越长江的桥梁为例进行讨论，该桥考虑套箍作用，将钢管混凝土视为一个整体，不再区主跨为530m中承式钢管混凝土拱桥，净跨500m，分钢管与混凝土，采用钢管混凝土本构关系进行模拱轴系数为1．45；采用分离式钢筋混凝土拱座。拱拟；当钢管与混凝土存在脱空时，采用钢管与混凝土肋为变高度钢管混凝土桁架结构，拱顶截面高为8分开建模，在同一位置建立两个单元，一个钢管单m，拱顶位置1／2断面图如图1所示，拱脚截面高为元，一个混凝土单元，均采用梁单元，钢管采用钢管16m，肋宽均为4m，拱肋钢管直径1．3m，壁厚由拱的本构关系，混凝土采用普通混凝土的

7、本构关系。脚处30mill渐变到拱顶的22mm。肋间横梁、拱上脱空模拟示意图如图3所示。立柱处的腹杆规格为660mm×22mm。主拱圈弦管、吊杆(立柱)处横联、肋间横梁、立柱横梁处腹杆钢管内灌注C60混凝土，吊杆采用成品平行钢绞线，两端为挤压型锚具。大桥桥面由钢格子梁、混凝土桥面板、沥青混凝土组成钢一混凝土组合结构。混凝土c桥中+线．b)脱空后钢雷棍凝土图3脱空模拟的方式图1拱顶位置1／2断面图(单位：mm)对于钢管混凝土拱桥，脱空主要集中在在拱顶、3有限元分析拱脚位置，尤其以拱顶位置为主，本文通过参数分析，分析拱肋脱空对钢管混凝土拱桥整