大跨度钢箱提篮拱桥施工控制计算及力学特性分析

发布时间：2020-04-13 10:40

【摘要】：大跨度钢箱提篮拱桥施工控制的主要目的是保证施工过程的安全,并使得成桥线形和受力状态最大程度上满足设计和规范要求。本文以蔡家坡东四路跨渭河特大桥(以下简称大桥)为工程背景,采用正装分析法对钢箱箱提篮拱桥进行关键施工阶段以及成桥的仿真计算分析、参数的敏感性分析、预拱度的设置、吊杆成桥索力及施工张拉力的计算、以及拱桥稳定性分析。主要研究工作和成果如下:(1)介绍了大跨度钢箱提篮拱桥的结构特点以及发展历程,阐述了大跨度钢箱提篮拱桥常用的施工方法与施工计算方法。总结分析了大跨度钢箱提篮拱桥的结构特点及施工控制理论;(2)介绍了大桥的工程概况及施工方案,依据已经制定好的施工方案,利用有限元软件MIDAS/CIVIL建立起结构的仿真模型,对大桥各关键施工阶段及成桥阶段进行仿真分析。采用正装计算方法计算出了在关键施工阶段结构的应力和变形,为施工监控提供依据和理论指导;(3)在介绍了大桥的施工监控方案的基础上,对大跨度钢箱提篮拱桥的设计参数进行了敏感性分析,主要分析对象为拱肋材料的弹性模量和容重,分析结果表明钢材的容重是本桥的主要设计参数。同时,总结分析了工程中常用的预拱度设置方法,并以大桥为工程背景验证各种方法的实用性与准确性,结果表明,采用按拱脚推力影响线比例分配的方法与仿真分析结果最为接近,原因是相对于其他方法,这种方法不仅考虑了拱肋各截面的相对位置,同时还考虑了拱圈的几何特性。(4)对于吊杆拱桥来说,合理的成桥索力与施工张拉力的确定是其设计与施工中的重要一环。主要的程序是先通过弹性支撑连续梁法和最小应变能法确定合理成桥状态下的成桥索力,并以此索力作为目标内力,通过影响矩阵法和迭代法等实用方法来确定合适的施工张拉力。计算结果表明,将运用上述方法所计算出的吊杆张拉施加于吊杆之上,得到的最终状态与设计状态吻合较好,对同类拱桥吊杆施工张拉力的确定具有借鉴作用。(5)介绍了拱桥稳定性问题的基本概念和类型、拱桥非线性理论问题的基本概念以及分析方法、非线性问题的求解方法以及阐述了稳定性问题的有限元分析方法,在分析过程中需要注意增量荷载的选取以及越过极值点的问题。以这些理论作为基础,对蔡家坡东四路跨渭河特大桥进行了稳定性分析,结果表明,在最不利荷载工况下,其一阶稳定性系数为49.1,远大于规范规定的4-5,结构整体满足稳定性要求。
【图文】：

大跨度钢拱桥,钢桁,发展形式,新河

１．１国内外大跨度钢拱桥发展历程概述逡逑２０世纪以来，随着工业的不断发展进步以及桥梁施工工艺的突破，钢铁开始广泛的逡逑应用于桥梁建设之中。坐落于美国圣路易斯的Ｅａｄｓ桥（图１．１）修建于１８７４年，它是逡逑钢铁首次大量应用于桥梁建设中的成果，为（１５３＋１５８＋１５３）邋ｍ钢桁拱肋桥ｍ。Ｅａｄｓ桥逡逑的成功修建，许多钢拱桥于世界各地陆续建成，其中比较有代表性的桥梁包括［１］：跨径逡逑２９８ｍ的钢桁架拱桥一始建于１９１６年的美国纽约的狱门大桥（图１．２）的建成标志着钢逡逑桁架拱桥开始大量建造的开始，此后多座钢桁架拱桥与该桥采用同样的修建模式；建于逡逑１９３２年的澳大利亚悉尼港大桥（图１．３），该桥主跨长达５０３米，桥宽４９ｍ为世界之最；逡逑建于１９７７年的美国弗吉尼亚州的新河谷桥（图１．４），采用耐腐蚀钢材，节省了养护费逡逑用和养护工作量。逡逑—碑逡逑图１．１美国圣路易斯Ｅａｄｓ桥逦图１．２美国纽约狱门大桥逡逑－？感Ｉ逡逑图１．３澳大利亚悉尼港桥逦图１．４美国新河谷桥逡逑在国外，大跨度钢拱桥的主要发展形式是钢桁拱桥，而在我国，钢箱形式则较为常逡逑见。钢箱提篮拱桥是指拱肋采用钢箱梁形式，拱肋以一定的角度向内倾斜，两侧拱肋通逡逑过横撑连接

圣路易斯,美国,纽约

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