8五跨连续钢管混凝土系杆拱桥施工加载程序优化 .docx

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1、精品名师归纳总结五跨连续钢管混凝土系杆拱桥施工加载程序优化其次工程公司惠中华张新 汪永田内容提要： 本文通过对潮州市韩江北桥五连跨钢管混凝土拱桥施工加载程序的优化调整进行运算分析论证，提出在多跨连续钢管砼拱桥施工加载过程中，在坚持基本对称加载的原就下对施工加载程序可 以进行优化调整，具有明显的社会效益和经济效益，对同类桥梁的施工有较好的借鉴作用。关 键 词： 五跨连续 钢管混凝土拱桥施工加载 优化运算1. 工程简况潮州市韩江北桥主桥为五跨连续无风撑下承式钢管混凝土系杆拱桥，其跨径组合为11m +85m +114m+160m +114m +85m +11m，每跨设2 片拱肋，采纳背靠式，每片竖拱

2、肋与斜拱肋连成一体，每片竖拱肋均由 2 根钢管焊接成哑铃型，每片斜拱肋均为单根圆钢管。其中A 跨净跨径为L=137.2m，矢高为F=29.412m。 B 跨净跨径为 L=94m，矢高为 F=19.377m。 C跨净跨径为 L=68.8m，矢高为 F=13.921m。为加快主桥施工进度，工程部向业主、设计、监控等相关单位提出在保证基本对称加载的原就下， 对主桥施工加载程序进行优化调整，并将调整后的施工加载程序上报设计、监控两家单位进行运算分析复核，通过比对设计、监控、施工三家单位的运算结果，打算优化调整主桥施工加载程序。施工加载 前，依据运算分析得出每个施工加载阶段主拱以及各相关主墩的位移、应力

3、运算值，在施工加载过程 中，通过对主拱肋线形以及各相关主墩的位移、应力进行监控，从而保证全桥各加载阶段均在安全、稳定的状态下进行，并且主拱线形最终能够达到设计要求。以C 跨为例， C 跨实际结构跨度85m，钢管拱拱肋轴线理论跨径68.8m，理论矢高 13.931m，理论矢跨比f/L=1/4.94。拱肋截面竖拱弦管直径80cm，厚度 20mm，斜拱弦管和竖拱相同。C 跨拱肋断面详细构造见图1。图 1 拱肋构造图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结全桥布置情形见图2。图 2 全桥布置图2. 运算目的为加快韩江北桥主桥施工进度，工程部提出在保证对称加载的原就下，结合现场施工实际情形，对主

4、桥施工加载程序进行优化调整，工程部第一组织技术人员对韩江北桥施工加载过程进行运算分析，从位移和应力两个方面分析结构是否安全，从而为优化施工次序，加快施工进度供应有力依据。3. 运算依据3.1 韩江北桥设计图纸。3.2 韩江北桥原设计加载程序见表 1）。3.3 结合现场施工实际情形提出的调整后的加载程序桥面板 1/318桥面板 1/319桥面板 1/3桥面板 1/320桥面板 1/3桥面板 1/321桥面板 1/322桥面板 1/3桥面板 1/323桥面板 1/3桥面板 1/324桥面板 1/325现浇层现浇层26现浇层现浇层27现浇层28防撞墙防撞墙29防撞墙防撞墙30防撞墙31第一层沥青砼第

5、一层沥青砼第一层沥青砼第一层沥青砼第一层沥青砼32其次层沥青砼其次层沥青砼其次层沥青砼其次层沥青砼其次层沥青砼33人行道人行道人行道人行道人行道表 2 优化调整后加载程序序西 C跨西 B 跨A跨东 B跨东 C跨号1钢管拱肋安装钢管拱肋安装2灌筑下弦管砼灌筑下弦管砼3灌筑上弦管砼灌筑上弦管砼4灌筑腹板砼灌筑腹板砼5钢管拱肋安装钢管拱肋安装6钢管拱肋安装合拢7灌筑下弦管砼钢管拱肋焊接灌筑下弦管砼可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结8灌筑上弦管砼钢管拱肋焊接灌筑上弦管砼9灌筑腹板砼钢管拱肋焊接灌筑腹板砼10吊杆和横梁钢管拱肋焊接吊杆和横梁11灌筑下弦管砼12灌筑上弦管砼13吊杆和横梁灌筑

6、腹板砼吊杆和横梁14桥面板 1/3桥面板 1/315桥面板 1/3吊杆和横梁桥面板 1/316桥面板 1/3桥面板 1/3吊杆和横梁桥面板 1/3桥面板 1/317桥面板 1/3桥面板 1/3桥面板 1/318现浇层 1/2桥面板 1/3桥面板 1/3桥面板 1/3现浇层 1/219现浇层 1/2现浇层 1/2桥面板 1/3现浇层 1/2现浇层 1/220防撞墙现浇层 1/2现浇层 1/2现浇层 1/2防撞墙21防撞墙现浇层 1/2防撞墙22防撞墙23第一层沥青砼第一层沥青砼第一层沥青砼第一层沥青砼第一层沥青砼24其次层沥青砼其次层沥青砼其次层沥青砼其次层沥青砼其次层沥青砼25人行道人行道人行

7、道人行道人行道4. 建立有限元模型利用国际闻名的大型通用有限元软件ANSYS建立全三维模型进行模拟，x 轴由 Z6 指向 Z1 为正， y 轴向下为正， z 轴由上游指向下游为正。用梁单元模拟主拱肋、墩、V 构及箱梁，用杆单元模拟系杆，用弹簧单元模拟土体作用，用杆单元模拟暂时支撑，桥面系构件以荷载方式施加。第一建立全桥模型，共有15000 多个节点， 30000 多个单元，如图 3 所示。利用ANSYS的死活单元功能来模拟施工加载过程，对每个施工加载步骤进行运算分析。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 3 全桥有限元模型图4.1 运算假定如下：4.1.1 结构处于弹性范畴，不考

8、虑材料非线性4.1.2 模型中不直接计入预应力效应，预应力的运算结果单独运算，然后和本运算结果叠加即可。4.2 相应的模型图相应各主要施工阶段模型如下图4 6 所示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 4 C 跨合拢后的有限元模型图图 5 B 跨合拢后的有限元模型图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 6 A 跨合拢后的有限元模型图5. 运算结果5.1 位移运算结果分析依据运算可知在整个施工过程中， Z1 墩顶位移在 -4 6mm范畴内， Z2 墩顶位移在 -4 6mm范畴内， Z3 墩顶位移在 -3 6mm范畴内， Z4 墩顶位移在 -5 3mm范畴内， Z5

9、墩顶位移在 -5 3mm范畴内， Z6 墩顶位移在 -6 4mm范畴内。在整个施工过程中， C 跨竖向最大位移 30mm，横向偏位 内倾） 29mm， B 跨竖向最大位移 33mm，横向偏位 内倾） 43mm，A 跨竖向最大位移 42mm，横向偏位 如表 3 所示，各 V 构受力最大值大多显现在最终成桥加载步骤的邻近，加载中期显现的峰值均小于最大值。表 3 各主墩 V 构最大应力值引桥侧Z1C跨C跨Z2B 跨B跨Z3A 跨A 跨Z4B 跨B 跨Z5C跨C 跨Z6引桥侧1.343.491.632.971.673.351.713.281.952.951.593.44注：理论分析说明，施加预应力会产

10、生约为4MPa的预压应力。墩顶和墩底的最大应力MPa如表 4 所示：表 4 直墩顶及墩底最大应力值墩顶Z1墩底墩顶Z2墩底墩顶Z3墩底墩顶Z4墩底墩顶Z5墩底墩顶Z6墩底1.610.630.09-0.56-0.05-0.9-0.22-0.68-0.05-0.591.420.45注：理论分析说明，施加预应力会产生约为1.4MPa 的预压应力。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结各跨拱肋应力幅值MPa如表 5 所示表 5 各跨拱肋应力幅值max-minmax-minmax-min钢管7.85-99.76.46-95.37.59-90.8上钢管混凝土1.17-12.51.47-9.311

11、.31-13.6下钢管混凝土1.39-9.021.79-12.52.37-11.8构件A 跨B 跨C跨张拉 A跨系杆之后的 V 构及墩的最大应力图参见图7图 9。图 7 Z1 最大应力图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 9 Z3 最大应力图混凝土灌注过程的模拟参见图10。A 跨竖拱拱肋应力云图混凝土应力云图拱肋混凝土尚未灌注可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结A 跨竖拱拱肋应力云图混凝土应力云图下管混凝土已灌注可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结6. 运算结论A 跨竖拱拱肋应力云图混凝土应力云图上、下管混凝土均已灌注图 10 混凝土灌注过程的模拟可编辑

12、资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结6.1 结构处于小位移，低应力状态，符合运算假定，结构是安全的。6.2 从加载完成的受力状态看，具有较好的对称性，成桥后结构受力未因加载程序的调整而产生很大转变。加载程序可行，在施工中可以通过实行一些相应的措施来保证施工质量，并通过加强与相关监测单位的沟通，实时掌握全桥结构的应力以及线形，以保证加载过程中结构的安全。7. 为保证加载过程中结构安全实行的相应措施a. 由于加载过程为C-B-A，且为保证适当超前加载满意平行流水作业需要及加快施工进度的目的，在系杆张拉时进行实时监测系杆张拉力，尽量做到微欠张拉，使结构受力更合理。b. 在 Z1 和 Z6 引桥

13、侧加暂时支撑，以平稳T 梁及主桥加载的不同步而引起的不平稳荷载，减小V 构应力。依据目前实际监测情形，该措施能够起到肯定的作用。c. 从加载过程的运算结果来看，引桥附属工程可与主桥防撞栏、沥青层及人行道板施工时间相同，这样受力情形比目前仍要好一些。d. 针对该桥结构型式比较特殊特殊是拱肋间无横撑），在加载过程中应尽可能保证对称并严格掌握主拱横向偏位。又由于竖拱与斜拱连接形式特殊，在加载过程中，主拱向内侧偏位，在加工及安装过程中，工程部向设计等相关单位提出增加主拱的面外预拱度，以尽量防止主拱在加载过程中内偏较大。最终通过运算以及实测数据进行对比，设计同意增加面外预拱，对主拱横向偏位及稳固性起到了

14、较好的作可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结用。8. 终止语在对运算结果进行分析后，工程部将运算结果与设计、监测单位进行准时沟通，用运算结果以及现场实测的数据说话，做到有理有据，经多方会议争论，一样同意在保证主桥对称加载的原就下对原有加载程序进行优化调整，并通过在实际施工过程中加强掌握，从而不仅保证主桥加载过程中结构的安全性，而且能保证主桥施工工期优化后工期能够缩短2.5 个月），起到了预想的成效。在同类型桥梁的施工过程中，同样可以依据对结构的建模运算，通过分析运算结果，适时优化调整加载程序及施工步骤，做到施工加载程序更加贴近施工现场实际情形。参考文献： 1、潮州市韩江北桥施工设计图. 广州市市政工程设计争论院.2004 年 8 月2、JTJ041 2000.大路桥涵施工技术规范 .人民交通出版社 , 2000 年3、大路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范. 人民交通出版社 ,2004 年 6 月可编辑资料 - - - 欢迎下载