钢管混凝土拱桥拱肋混凝土浇筑过程中的稳定性分析.pdf

7 2 铁道勘察 2 0 1 2年第 3期 文章编号 ： 1 6 7 2—7 4 7 9 ( 2 0 1 2 ) 0 4— 0 0 7 2— 0 2 钢管 混凝 土拱桥拱肋混凝土浇筑过程 中的稳定性分析 李桂玲 ( 北京中铁诚业工程建设监理有限公司， 北京1 0 0 0 5 5 ) S t a b i l i t y An a l y s i s Dur i n g t h e Po ur i n g Co n c r e t e o f Ar c h Ri b o f CFS T Ar c h Br i d g e LI Gu i — l i n g 摘要钢 管混凝土拱桥在拱肋混凝土浇筑过程 中的稳定问题相对突出。以东莞水道特 大桥 为工 程背景 ， 通过对该桥进行线弹性和几何非线性有限元分析， 较精确地求得 了该桥各个拱肋混凝土浇筑工 况的施 工稳 定 系数 。 关键词线弹性几何非线性施 工稳定 中图分类号 ： T U 7 5 5 文献标识码 ： A 1 工程概况 东莞市水道特大桥位于东莞市 万江 区莲子村 ， 是 五环路( 西环) 重要工程之一 ， 全长 7 4 4 ． 8 4 m， 包括主 桥 、 引桥两部分 。主桥为 5 0 m+ 2 8 0 m+ 5 0 m三跨 中承 式钢管混凝土系杆拱桥 ， 每幅桥设 2片拱肋 ， 主跨拱肋 采用 钢 管 混凝 土拱 形 空 间 桁架 结 构 ， 拱肋 中距 为 1 9 ． 5 m( 如图 1所示 ) 。主拱 圈截面成双 哑铃形式 以 腹管相连 ， 拱肋全高为 5 ． 5 m， 全宽 2 ． 5 m， 上 、 下 弦管 各为两根1 0 0 0 m m 1 6 mm的 Q 3 4 5 C钢管 ， 在拱脚第 一 段则为1 0 0 0 mm x 1 8 m m的 Q 3 4 5 c钢管 ， 在上、 下弦 管两根并列钢管问用 1 2 mm厚的 Q 3 4 5 C缀板连接 ， 腹 管为 5 0 0 m mx 1 2 mm的 Q 3 4 5 c空钢 管， 上、 下弦管 内 及上根据设计图纸及下缀板间均浇筑 5 0号微膨胀混 凝土， 腹杆为空心钢管。 图 1 东莞水道特大桥空 间效果 东莞水道特大桥空钢管拱肋混凝土的浇筑分为图 2所示的 7种工况 ， 每部分浇筑采取 自两端拱脚 向拱 顶一次顶升完毕的方式。各工况 中， 网格部 分为本 阶 段浇筑的混凝土 ， 未凝固； 斜线部分为前几个阶段浇筑 圈圈 口皿固固 ( a ) 工况 1 ( b ) 工况2 ( c ) 工况3 ( d ) 工况4 ( e ) 工况5 ∞ 工况6 ( 工况7 图 2 拱肋混凝土浇筑工况 的混凝土 ， 已凝固。 收稿 日期 ： 2 0 1 2—0 4—1 2 作 者简 介： 李桂玲 ( 1 9 7 9 一 ) ， 女 ， 毕业 于石家庄 铁道学院 桥梁与 隧道专 业 ， 工学硕士 ， 工程师 。 钢管混凝土拱桥拱肋混凝土浇筑过程中的稳定性分析： 李桂玲 7 3 2 有限元模型及计算结果 稳模态( 此工况的稳定系数最小) 。 东莞水 道特 大桥 拱肋 合龙后 ， 按 照 图 2所 示 的 7个工况浇筑拱肋混凝土 ， 以此建立有限元模 型， 空钢 管合龙松扣后 ， 分阶段模拟混凝土的浇筑 。弦管、 腹管 和横撑仍 采用 b e a m 4梁 单元 ， 缆 风索 采用 l i n k l 0杆 单元 。 采用 A N S Y S有限元软件对上述模型的 7个工况 进行 了线弹性和几何非线性计算 ， 其结果如表 1 所示。 图 3给出了该桥拱肋混凝土浇筑第 6工况的前四阶失 表 1 7个工况下模型 A的一阶稳定系数 一～一 ( a ) 一阶失稳模态平面图 ( b ) ～阶失稳模态三视图 ( c ) 二阶失稳模态平面图 ( d ) 二阶失稳模态三视图 ～一 ( e ) 三阶失稳模态立面图 ∞三阶失稳模态三视图 ( 曲四阶失稳模态平面图 ( h ) 四阶失稳模态三视图 图 3 混凝土浇筑 第六工况前四阶失稳模态 3线弹性稳定分析 通过对模型的特征值分析 ， 该桥 的第一个工况的 一 阶失稳形态为面内失稳 ， 面外失稳 出现在第二阶失 稳形态 ， 这说明在第一个工况 时该桥 的面 内刚度相对 较小 。而由于拱肋间的横撑布置较密 ， 两拱肋间 的横 向联系较好 ， 拱肋的横 向刚度较大 ； 从 工况 2开始 ， 一 阶失稳模态由面内转 向面外 ， 成为侧倾失稳。这说 明 在混凝土浇筑过程 中， 随着混凝土 的凝 固形成 刚度 的 同时提高了拱肋的面内刚度 。 4几何 非线性稳定分析 从表 1 看出， 几何非线性与线弹性稳定计算结果 相差在 5 ． 3 ％ ～7 ． 9 ％之间。几何非线性对结果影 响 较小的原因是拱肋的刚度很 大， 在施加荷 载作用下拱 轴线 的改变很小 ， 在前一阶段 的混凝土凝固后 ， 混凝土 形成 了刚度 ， 提高了拱肋的稳定性 ， 进一步降低 了几何 非线性的影响。 图4为拱肋混凝土浇筑工况 6的荷载一位移历程 曲线 ， 竖轴表示所施加的荷载系数 ， 横轴表示在该荷载 作用下所取定拱肋上某节点的位移。从图 4的曲线上 可以看到 ， 曲线起始段较 陡， 当加载系数达 到临界值 时， 在荷载不变的情况下 ， 位移增加迅速 ， 曲线基本与 轴平行 ， P — u类似一类失稳 曲线 。 1 ．2 1 ．O O- 8 O．6 0-4 O ． 2 5结束语 根据本文 的研究及相关文献 ， 对 于此类桥梁线 弹 性稳定系数与几何非线性稳定 系数计 算结果相差不 大， 一般在 1 0 ％之内。 其原因主要是目前该类桥在设计时考虑了较大的 结构刚度 ， 在竖 向荷载作用下拱轴线的改变很小 ， 并且 在前一阶段的混凝土凝固后 ， 混凝土形成了刚度 ， 提高 了拱肋 的稳定性 ， 进一步降低 了几何非线 性对大桥施 工稳定 的影响。 7 4 铁道勘察 2 0 1 2年第 3期 文章编号 ： 1 6 7 2 —7 4 7 9 ( 2 0 1 2 ) 0 4— 0 0 7 4— 0 4 郑焦城 际铁 路黄河大桥钢桁梁架设施工方案研 究 马永强 ( 中铁大桥局集团第一工程有限公司， 河南郑州4 5 0 0 5 3 ) S t e e l Tr u s s e d Gi r d e r Co ns t r uc t i o n S c he m e Re s e a r c h o f t h e Zh e n g - J i a o I n t e r c i t y Ye l l o w Ri v e r Ra i l wa y Br i d g e MA Yo n g — q i a n g 摘要新建郑州黄河大桥为郑焦客运专线铁路 暨改建京广铁路跨越黄河的公 用桥梁， 为四线铁 路特 大型桥 梁。主桥上部结构为 1 1联( 2 x 1 0 0 m) 下承式连续钢桁梁， 两孔一联， 共 1 1 联 ， 总长2 2 0 0 m。 结合钢梁结构形式、 桥位环境、 成本投入及工期等因素确定主桥钢 梁架设方案为顸推与 悬拼 施工相 结 合 ， 即黄河南岸 7联采用顶推施工， 北岸 4联采用悬拼施工。 关键词 郑焦城 际铁路黄河大桥连续钢桁梁顶推 悬拼 中图分类号 ： U 4 4 5 ． 4 6 文献标识码 ： B 1 工程概 况 新建郑州黄河大桥为郑焦客运专线铁路暨改建京 广铁路跨越黄河的公用桥梁 ， 为四线铁路特大型桥梁 。 大桥位于黄河大景观 区东北侧 ， 黄河下游河道 的最上 端 ， 距既有京广 铁路郑州黄河 大桥下游 1 1 0～1 9 0 m 处 ， 线路走向与既有京广线夹角约 2 。 。本河段 黄河主 槽宽度约为2 0 0 0 m， 主桥长2 2 0 0 m。主桥采用大跨度 钢桥 ， 滩地引桥 以预应力混凝土简支箱梁为主。主桥 采用 四线合建形式 ， 引桥部分郑焦线与京广线分行 。 黄河主桥桥墩墩号 范围为 6 7号 ～8 9号墩 ， 上部 收稿 日期 ： 2 0 1 2—0 3— 2 7 作者简介 ： 马永强( 1 9 7 3 一 ) ， 男 ， 1 9 9 5年毕 业于北方交 通大学铁道 工程 专业 ， 高级工程师 。 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 结构为 1 1联 ( 2 1 0 0 m) 下承式连续 钢桁梁 ， 两孔 一 联 ， 共 1 1 联 ， 总长2 2 0 0 m( 如 图 1 ) ， 为郑焦新线 、 京广 改线共建段。钢梁架设到位后各联之间 ( 仅下 弦杆) 通过纵向防落梁措施连接为一体。横桥 向在支座位置 设防落梁挡块。一联钢梁总重约6 6 6 8 ． 4 t ( 不含高强 螺栓 ) 。( 第一 、 十一联重约6 3 6 0 ． 6 t ) 。一 联高强螺 栓约 2 3万套。 如图 2所 示 ， 刚 桁 梁 每 联 梁 长 1 9 9 ． 8 m， 跨 度 9 9 ． 1 m+ 9 9 ． 1 m。钢梁主桁采用三角形变高度桁式 ， 边 支点处桁高 1 4 m， 中支点处桁高 2 5 m。边桁与 中桁 的 中心间距 1 2 ． 5 m， 纵 向节 间长度 布置 为 ( 1 1 ． 6 +1 4 1 2 ． 5 + 1 1 ． 6 )m。桥面从左至右布置为郑焦双线 ， 京广 双线铁路 ， 线间距 4 ． 6 m+ 8 ． 2 m+ 4 ． 4 m。 下部结构 6 7号 一7 8号 墩位 于河槽 中， 其余 7 9 参考文献 陈宝 春． 钢管 混 凝 拱桥 设计 与 施工 [ M] ． 北 京 ： 人 民交 通 出版 社 ． 1 9 9 9 李国豪 ． 桥 梁结构稳定 与振动 [ M] ． 北京 ： 中国铁道 出版社 ， 2 0 0 3： 2 7 4—31 9 柯红军． 大跨度钢管混 凝土拱 桥稳定及极 限承载力研 究 [ D] ． 长 沙 ： 长沙理工大学 ， 2 0 0 4 薛 守义 ． 有 限 单元 法 [ M] ． 北 京 ： 中 国建 材工 业 出 版社 ， 1 9 9 9： 2 7 0—2 98 [ 5 ] 博 嘉科技 ． 有 限元分析软 件 A N S Y S融 汇与贯通 [ M] ． 北 京 ： 中国 水利水电出版社 ， 1 9 9 7： 2 0 5—2 5 9 [ 6 ] 张立明． A l g o r 、 A n s y s在桥 梁工 程 中的应 用方 法 与实 例 [ M] ． 北 京 ： 人 民交通出版社 ， 2 0 0 3 [ 7 ] 丘文， 孙全胜， 余诗泉． 大跨度中承式肋拱桥的稳定计算[ c ] ∥中 国公路学会桥梁 和结构 工程 学会 1 9 9 6年 桥 梁学术 讨论 会论 文 集． 北京 ： 人民交通出版社 ， 1 9 9 6 ： 4 4 5—4 5 2