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钢管混凝土提篮拱桥施工阶段有限元分析.pdf
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1、5 0 铁道建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i n g 文章编 号 : 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 0 ) 0 7 - 0 0 5 0 0 3 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2 5 0 0 0 2 ) 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 1 5个 施工阶段 , 对该桥的 l 5个施工阶段 , 分别采用桥 梁博士软件和 M i d a s 软件建立二 维平面模型和三维空
2、 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 : U 4 4 8 2 2 ;T U 3 9 2 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 桥 , 施工时靠系杆的张拉力来平衡荷载的作用 , 因此施 工顺序对拱桥的最终拱肋线形和结构受力均有较大影 响。同时 , 在已建客运专线铁路桥中, 可借鉴的钢管混 凝 土提 篮拱 桥 的施工 经验 较少 ,
3、故对该 类 拱桥施 工 的各个 阶段进行有限元计算分析并指导施工具有重要 意义 。 杨兴旺 等对拟建的 1 1 2 m新建铁路九 河特大 桥提篮式系杆拱 主桥进行 了有 限元分析 J , 研究 了 5 种施工方案在施工全过程中的结构整体稳定性和构件 承载力 , 但未对施工过程 中拱肋钢管 和混凝土 中的应 力及整体变形进行分析 , 后者将更 有助 于指导桥梁施 工 过程 。本 文 以广 深港 铁路 线广 深段 沙湾 特大桥 钢管 混凝土提篮拱桥为例 , 分别采用桥梁博士软件和 mi d a s 软件进行平面和空间有限元分析 , 并将分析结果用于 该桥的施工控制。 l 施工 阶段划分 1 1工程
4、 概况 广深港铁路线广深段沙湾特大桥钢管混凝土提篮 拱桥全 长 1 1 6 m, 计 算 跨 度 为 1 1 2 m, 桥 下 净 空 为 3 2 9 m。 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 厂 l 1 截 水槽 1 r = = lI l= = = 三 图 1 提篮拱 主桥 布置及提篮拱上部结构横断 面示 意 收稿 日期 : 2 0 1 0 - 0 1 1 0; 修回 日期 : 2 0 1 0 -05 -08 作者简介 : 王剑 ( 1 9 7 8 一) , 男 , 山东蓬莱人 , 工程师。 梁。系梁底板在 3 0 m范围内上抬 0 5 m以减小风
5、阻 力 。桥面箱梁顶宽 1 7 8 m, 梁高 2 5 m。系梁 吊点处 设横梁 , 横梁为实体截面。系梁箱体底板厚为 2 8 e m, 2 0 1 0年第 7期 钢管混凝土提篮拱桥施工 阶段有 限元分 析 5 1 顶 板 厚 为 3 0 c m, 边 腹 板 厚 为 3 5 o n 1 , 中 腹 板 厚 为 3 0 c m。 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 2 2 4 m。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 3 0 m, 沿 程等 高布 置 , 钢 管 直 径 1 2 0 0
6、 mm, 厚 1 8 m m。 每侧拱肋的两钢管之间用厚 1 6 m m的腹板连接。拱 肋在横桥向内倾 9 。 , 形成提篮式 , 拱顶处两拱肋 中心 间距 9 1 9 m, 拱脚处两拱肋 中心间距 1 6 2 0 m。全桥 共设 5处钢结构横撑 , 分别为一字撑和 K形撑。 主桥立面布置及横断面见 图 1所示 , 根据设计要 求 , 提篮拱桥采用先梁后拱的施工方法。 1 2施工 阶段 该钢管混凝土提篮拱桥上部结构可划分为 1 5个 施工阶段 : 首先浇筑系梁混凝土 , 达到设计要求后 , 张 拉第一批预应力 , 拼装拱肋钢管 , 并浇筑钢管 内混 凝 土; 之后依次进行 吊杆张拉 , 吊杆张
7、拉的过程按照 1 2 个工况进行 , 吊杆编号见 图 2 , 依次对称完成各 吊杆张 拉施工 ; 各吊杆安装完毕 , 初次张拉全部完成后 , 张拉 系梁剩余预应力索 , 拆除系梁支架 ; 最后二期恒载施工 图 2吊杆编号布置 完成 , 吊杆张拉力达到最大。 2 有 限元计算模型 2 1 计算 参数 荷载取值如下 : 主桥 自重按实际尺寸及材料 的密 度进 行 计算 ; 二期 恒载 , 包 括 曲线 双线 、 无声 屏 障、 C R T S I 型板式无砟轨道, 按照 1 4 8 9 k N m取值 ; 制动 力或牵引力按照竖向静活载的 1 0 取值 ; 设计活载为 Z K活载 。 温度 取值如
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