桥梁抗震抗风作业.doc
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1、摘要:本文对钢管混凝土的构造,分类,施工形式以及动力特性和目前仍存在的问题进行了简要的介绍。关键字:钢管混凝土拱桥 施工形式 动力特性 构造 存在问题一 背景 钢管混凝土拱桥由于具有承载力高、塑性和韧性好、施工方便、经济效果好和地基适应性强等优点,是发展前景广阔的一种组合桥梁结构。目前钢管混凝土拱桥在我国已经历了十余年的发展,无论是其应用规模还是跨径增长的速度都是惊人的。相对而言我国建设钢管混凝士拱桥的技术已经达到国际先进水平,我国对钢管混凝十拱桥的理论研究也取得了很多成果。但该桥型技术复杂,施工难度大,已经暴露和潜在的问题还很多,仍需要广大工程技术人员在实践中不断探讨和完善。二 钢管混凝土拱
2、桥定义和简介钢管混凝土拱桥是将钢管内填充混凝土,由于钢管的径向约束而限制受压混凝土的膨胀,使混凝土处于三向受压状态,从而能显著提高混凝土的抗压强度。同时钢管兼有纵向主筋和横向套箍的作用,同时可作为施工模板,方便混凝土浇筑。施工过程中,钢管可作为劲性承重骨架,其焊接工作简单,吊装重量轻,从而能简化施工工艺,缩短施工工期。 钢管混凝土拱桥的真正发展是在90年代的中国。1991年5月我国第一座采用钢管混凝土拱肋的拱桥-四川旺苍东河大桥1、2建成通车,它为净跨径115m的下承式拱桥,该桥的建成具有深远意义,它揭开了我国大规模修建钢管混凝土拱桥的序幕。自此以后,钢管混凝土拱桥在我国公路和城市桥梁中发展迅
3、猛,据不完全统计,到2005年,我国己建和在建的钢管混凝土拱桥己达200余座,其中跨径大于100m的有50余座,跨径大于200m的有20余座,跨径大于300m的有接近10余座。三 钢管混凝土拱桥的构造3.1、主拱肋:钢管混凝土拱桥主拱圈形式有实体肋式和桁式实体肋式中又分单管、哑铃形、集束形桁式中又分横哑铃形、多肢桁式、混合桁式 a.肋拱桥中绝大部分为哑铃形断面,哑铃形断面的特征是由两管组成,且腹腔较薄,两根圆管一般为竖向排列,类似于工字形拱肋。b.较之单圆管截面,截面抗弯刚度较大。c.桁式拱肋能够采用较小的钢管直径取得较大的纵横向抗弯刚度,且杆件以受轴向力为主,能够发挥材料的特性。3.2、桥面
4、系构造梁板式桥面系的布置形式有三种a.纵铺桥面板式(悬吊横梁) 纵铺桥面板式主要应用于拱支桥中。桥面系由横梁和桥面板组成。大部分钢管混凝土拱桥采用纵铺桥面板式。纵铺桥面板式桥面板构造预制桥面板可选用实心板、空心板、p型板、槽型板和T型板先简支后连续桥面板: 先简支后连续桥面板,能保证桥面板之间和桥面板与横梁之间的联结,以提高整体性和抗震防落梁的能力。比简支桥面连续性好现浇桥面板b.横铺桥面板式(悬吊纵梁)c.整体肋板式(悬吊整体板) 整体肋板式主要用于拱梁组合体系中,由纵梁、横梁以及桥面板组成。其中纵横梁采用固结构造。 横梁有端横梁和普通横梁(吊杆横梁)两种。3.3、 立柱主要形式:钢筋混凝土
5、立柱和钢管混凝土立柱3.4、 系杆系杆用于拱梁组合体系和刚架系杆拱中拱梁组合体系中的系杆为预应力混凝土梁,为拉弯构件刚架系杆拱中的系杆为预应力拉索系杆所采用的拉索体系有配夹片群锚的半平行钢绞线索和配墩头锚或冷铸锚的平行高强钢丝索。系杆防腐通常采用PE防护,高强钢丝有采用镀锌的,也有采用非镀锌的。系杆箱中可灌以防腐密封材料。3.5、 吊杆吊杆材料 中下承式拱桥一般采用柔性吊杆,多采用了斜拉桥中的斜拉索构造。 吊杆材料有圆钢、高强钢丝和钢绞线。 采用配冷铸锚或墩头锚的半平行钢丝索或夹片群锚配平行钢绞线索。拱肋截面吊杆的布置吊杆的布置有平行式、双吊杆式和斜交叉式双吊杆式可分为:纵桥向双吊杆式:横桥向
6、双吊杆式: 吊杆的防护措施外包钢管内灌填砂浆或黄油防护,在上端采用套入式,下端可以焊在横梁上。采用PE防护,在工厂加工成成品索,两端锚头可以完全由工厂加工镦头,也可以一端在现场镦头。3.6、 横撑各类桥型的横撑构造 上承式肋拱横向联系通常为等间距的径向横撑(或横系梁) 中承式拱桥面以上布置少量横撑,以下部分采用刚度较大的K式或X式横撑,以加强拱脚段的横向刚度。 下承式肋拱不能布置强大的K撑或X撑。横撑的类型钢管截面桁式截面四 钢管混凝土拱桥的分类4.1、根据车承形式分类 上承式、中承式和下承式上承式:横向联系容易,桥面系支承于立柱上,整体性、横向稳定性和抗震性均较好,常采用单跨形式。中承式:常
7、用在主跨,通过边孔小跨采用小的矢跨比和较大的恒载集度比解决不等跨的不平衡推力问题。也有用系杆平衡水平推力的带悬臂半孔的无推力拱又可分为带悬臂刚架系杆拱和连续拱梁组合体系。4.2、根据纵向结构受力体系分类简单拱:一般的上承式、中承式无铰拱拱梁组合体系:系杆为纵梁,属弯拉结构,无推力刚架系杆拱:系杆为纯拉杆,主要平衡恒载水平推力拱梁组合体系根据拱肋与系杆(梁)相对抗弯刚度的大小又分为柔性系杆刚性拱刚性系杆柔性拱刚性系杆刚性拱4.3、根据肋拱横向联系分类根据横向联系情况:有风撑 和无风撑有风撑:平行肋 和 提篮拱无风撑拱主要解决拱肋横向失稳问题。提高拱肋自身的横向抗弯刚度提高结构体系的横向稳定性。从
8、施工技术看,我国钢管混凝土拱桥的空钢管拱肋架设由以往的满堂支架上施工发展到无支。五 施工方法分类5.1支架施工方法: 有支架施工方法就是在桥位处先按钢管拱肋的设计线形和预留拱度值,拼装好膺架,于膺架上就位拼装、焊接成拱的施工方法。膺架可以采用满堂式或分离式,或者两种方式相结合。如三峡莲沱大桥的两边跨、天津彩虹大桥等,均采用有支架施工法。采用有支架施工时,膺架的基础沉降、弹性和非弹性变形等应事先算出,并预留拱度,膺架顶部设置微调装置,如千斤顶、丝杠等,以便对拱肋的标高和平面位置进行调整。在拱肋吊装过程中,应不断观测各支撑点的沉降,发现问题及时调整。 5.2平转施工方法:平转施工法就是将两个拱圈分
9、为两个半拱,分别在两岸偏离桥位的位置,利用山体、岸坡或引桥的桥墩设置膺架,拼装拱肋和拱上立柱,形成半拱,然后水平转体就位,再拼装合龙段成拱。近几年来,平转法在钢管混凝土拱桥施工中应用不少,如三峡的黄柏河大桥、江西德兴太白桥、安阳文峰路立交桥以及贵州北盘江大桥等。转体重量最大者为北盘江大桥,重达8100t,为钢管混凝土拱桥转体重量世界之最。由于通常利用两岸山体设置拱肋膺架,因此转体角度大多在100左右。如北盘江大桥两侧分别为121和113;黄柏河大桥的南侧是74。当两岸坡度较平缓时,可以利用引桥桥墩作为膺架。如黄柏河、安阳文峰路立交桥等均转体180。 5.3竖转施工法: 竖转施工法就是先在拱顶附
10、近将主拱圈一分为二,并以拱脚为旋转中心,将设计拱轴线垂直向下旋转一定角度,将拱顶合龙端置干地面或浮船上,这样即可在较低的膺架上拼装两个半拱。待两半拱拼装完成后,由两副墩顶扒秆分别将其拉起,在空中对接合龙。如新安江望江大桥、三峡莲沱大桥等均采用了竖转吊装施工技术。5.4缆索吊装法:缆索吊装悬臂施工方法是我国修建大跨度拱桥的主要方法之一。当这种方法用于钢管混凝土拱桥时,遇到的新考验(当跨径较大时,拱肋节段多、重量大)促使对它进行改造与创新。经过多年理论与实践的结合,创立了千斤顶、钢绞线斜拉扣挂悬臂拼装和合龙松索技术,并得到广泛的应用与发展。六 钢管混凝土拱桥动力特性61动力分析模型的建立 某钢管混
11、凝土系杆拱桥,跨径组合为76m+360m+76m,主跨两拱脚中心之间的水平距离为344m。桥道板置于横梁上,横梁由吊杆或立柱支撑,吊杆、立柱的间距均为4lift,桥面总宽(按横梁长度计)380 iltl,高度(包括钢横梁高度)为227 iltl。该桥两主拱肋相对跨中截面对称,但桥面标高略有不对称,如图l中左低右高,主跨两拱脚上方桥面处均设有伸缩缝。 采用有限元方法对该桥进行离散简化,用作者自行研镧的桥梁结构分析软件SEISAPL 进行分析计算。在离散时,为了简化计算,考虑到弦杆与平联板已连接为一体,因而将三根弦杆与平联板一井作为一粱单元处理 上下弦杆之问的腹杆也台成一梁单元,而主拱肋的横撑杆、
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