我国桁式CFST拱桥发展现状调查与分析

文章收集了162座已建或在建桁式CFST拱桥资料,对CFST拱桥的数量变化趋势、最大跨径增长趋势、各跨径分布情况、桥型、施工方法、矢跨比、拱轴线和截面形式等进行了统计分析,相关结论可为后续研究者提供参考。

上承式钢管混凝土拱桥拱肋混凝土非对称灌注结构安全性研究

为掌握拱肋钢管内混凝土不对称灌注对结构安全性的影响规律,利用有限元方法对南浦溪特大桥拱肋钢管内混凝土左右幅非对称顶升灌注过程中结构的变形、应力及稳定性进行了分析。计算结果表明:非对称灌注过程中,先灌注侧拱肋下挠量大,两侧拱肋挠度差值随完成灌注的拱肋数量增多而逐渐减小,灌注完成后,横截面对称位置处拱肋竖向挠度对称;整个施工阶段拱肋应力大于横撑应力,尤其是首灌混凝土过程中拱肋应力较大,应重点关注;首灌混凝土完成时结构的稳定安全系数最低,随着混凝土逐步完成灌注,结构的稳定安全系数逐渐增大;结构初始几何缺陷对结构的稳定性不利,应以考虑结构初始几何缺陷的稳定系数来评价结构的安全性。

菱湖大桥主跨钢拱肋快速安装施工方案设计

无锡菱湖大桥主桥为中承式三跨钢桁架系杆拱桥,跨越三级航道。为解决跨内河航道安装钢拱肋施工难度大、安全风险高、封航压力大等难题,采用支架、浮吊联合施工技术吊装大节段钢拱肋,并通过有限元仿真、现场监测进行验证。结果表明,支架、浮吊联合施工技术方案安全合理。吊装过程中,钢拱肋最小应力为-48MPa,第一阶稳定性系数最小为34.8,最大整体稳定应力比为0.3,支架立柱最小组合应力为-46.4MPa,最大偏位为7.92mm,结构受力和稳定性满足要求。

大跨度钢管混凝土拱桥拱肋吊装预测的迭代前进算法

讨论了大跨度钢管混凝土拱桥拱肋吊装施工的特点以及由此产生的吊装预测计算中的问题,提出了基于迭代理论的前进算法,较好地模拟了拱肋吊装施工过程,计算拱肋吊装的预抬标高、各吊装阶段的扣索索力及控制点标高,为施工和监控提供依据。

脱粘对桁架式钢管混凝土拱肋刚度影响研究

定量分析了钢管与核心混凝土之间的脱粘对桁架式钢管混凝土拱桥整体刚度的影响程度。基于完全脱粘计算模型,以一桁架式钢管混凝土悬臂梁为例,揭示了脱粘使桁架式钢管混凝土拱肋抗弯刚度降低的机理。采用有限元方法,以一桁架式钢管混凝土拱肋为例,分析了在完全脱粘情况下矢跨比、桁高、钢管壁厚和荷载作用方式对桁架式钢管混凝土拱肋刚度的影响规律。分析结果表明:在全跨均布荷载作用下,脱粘使得钢管混凝土桁式拱肋刚度降低最大约10%左右,在集中力或半跨均布荷载作用下,脱粘使得钢管混凝土桁式拱肋刚度降低最大会达到50%以上。

大跨径钢管混凝土拱桥缆索吊装非线性分析

建立了大跨径拱桥吊装的空间有限元模型,采用随动坐标迭代法,计入几何非线性的影响因素;基于优化理论,建立了缆索吊装扣索力的优化数学模型;采用前进分析方法,对大跨径钢管混凝土拱桥吊装施工过程进行分析。以某主跨368 m钢管混凝土拱桥为工程算例,验证了文中方法的有效性。计算结果表明,考虑几何非线性影响后,计算得到的吊装控制点偏差值小,计算精度高。

钢管混凝土哑铃形拱肋灌注混凝土时的截面应力分析

针对钢管混凝土哑铃形拱肋灌注混凝土时容易发生爆管事故的问题,建立了有限元模型,对灌注管内混凝土时钢管拱肋的截面应力进行了分析。分析时考虑了各种灌注顺序和工况。分析结果表明:哑铃形截面在灌注腹腔混凝土时,钢管与腹板交接处将产生很大的应力,是产生爆管事故的主要原因。哑铃形截面灌注混凝土时的受力情况与灌注顺序有关,灌注的顺序以先腹腔后两管的顺序最为不利,先两管后腹腔的受力较为有利。为防止爆管事故,建议采用拉杆或型钢加劲腹板,并采用分腔灌注。

钢管混凝土拱桥线形控制技术研究

结合钢管拱肋节段的悬拼,讨论了施工过程中几种线形之间的关系,为施工线形控制提供了依据,在此基础上提出了计算和控制吊装线形的方法。这种方法也可运用于其他同类桥梁结构施工控制。

钢管混凝土桁拱温差计算取值研究

以经实桥实测温度场验证的有限元方法,对一座钢管混凝土桁拱的计算合龙温度、有效温度取值进行了分析。分析表明,大气平均温度对钢管混凝土桁拱的计算合龙温度的影响最大,该拱肋的计算合龙温度大致为混凝土浇注后28 d内平均气温加3～5℃,冬季合龙取小值,夏季合龙取大值;日照作用对最低有效温度的影响不大,而对最高有效温度的影响很大,最高有效温度接近当地全年最高温度,最低有效温度接近当地最低日平均温度,弦管管径、钢管表面的辐射吸收率的影响都较为明显,而拱平面方位的变化和风速的影响不大。通过大量的参数分析,给出了福建省钢管混凝土桁拱的计算合龙温度和最高、最低有效温度的取值建议。

钢管混凝土拱桥拱肋吊装几何非线性分析

研究了大跨度钢管混凝土拱桥拱肋吊装过程中的几何非线性问题 ,在此基础上编制了索、梁、杆平面结构系统的几何非线性静力分析程序。同时根据施工控制理论在前进算法的基础上采用自行编制的程序 ,对工程实例——恩施州南里渡大桥拱肋吊装过程进行了模拟计算 。

钢管混凝土拱桥四管与六管拱肋之比较

为了能更好的选取大跨度钢管混凝土拱桥拱肋的钢管数目及布置形式,根据国内已建成的钢管混凝土拱桥,构造了两座400 m跨度,宽27.5 m,拱轴线形一致的钢管混凝土桁式拱桥(一座为四管拱肋,另一座为六管拱肋),运用ANSYS软件建立了两个全桥模型,分析了它们的静力和动力特性,并讨论了拱肋刚度、含钢率和力学性能三者之间的关系. 通过比较发现,六管优于四管.在满足结构要求和强度要求的前提下,对拱肋的刚度选取主要从静力方面考虑,用钢量相当时,采用含钢率大的拱肋形式.

总溪河大桥主桥结构设计

总溪河大桥主桥为上承式钢管混凝土桁架拱桥,计算跨径360m。主拱圈采用钢管混凝土与钢管组成的桁架式截面,弦管与腹杆、斜撑均采用新型的"栓焊结合"节点。拱上立柱采用排架式空心矩形截面钢箱结构,柱间采用横撑连接;立柱盖梁采用空心矩形变截面钢箱结构。桥面系采用多主梁形式钢-混结合梁,钢纵梁、钢横梁均为焊接工字形截面;桥面板为普通钢筋混凝土预制板。毕节岸拱座采用扩大基础结合桩基础的形式,都格岸拱座采用常规的扩大基础形式。对该桥进行全桥静力分析,并对毕节岸拱座、钢管混凝土新型栓焊节点、主弦管节点内栓钉进行局部受力和试验研究,结果表明桥梁结构受力均满足规范要求。该桥整体采用无支架斜拉扣挂缆索吊装系统施工。

大跨度钢管混凝土拱桥非线性抗震性能研究

基于OpenSees平台建立钢管混凝土拱桥动力分析模型,并与Midas Civil模型结果进行比对。通过一条强震记录下的IDA分析,得到钢管混凝土拱桥拱肋横桥向非线性地震性能,比较拱肋采用弹性梁单元和纤维梁单元两种模型的拱脚弯矩时程曲线和拱顶位移时程曲线,分析拱肋关键截面屈服机理,绘制它们的曲率IDA曲线和拱顶位移IDA曲线。研究结果表明:横桥向在强震作用下拱脚和拱顶不一定先屈服,而是在拱肋截面突变或有集中质量连接处,在设计时需重点考虑;随着地震动增大,先是与横撑连接处拱肋首先屈服,然后是拱脚和拱顶位置,最后向整个拱肋扩展,拱肋非线性性能良好,仍有一定的抗震储备能力。

大跨度钢桁架拱桥施工误差敏感性分析

为研究大跨度钢桁架拱桥的拱肋线形对施工误差的敏感性,以苏岭山大桥主桥为例,以设计理想状态的有限元模型为基准,研究了结构自重、刚度、温度、节段角度误差对拱肋最大悬臂状态、合龙状态、成桥状态的拱肋线形的影响.结果表明,这三种状态下的拱肋不同截面累积挠度均对同种类型施工误差的敏感性不同;这三种状态下的拱肋线形均对拼装角度最敏感,对结构自重和温度比较敏感,对结构刚度敏感性较低;在不同状态下,对施工误差最敏感的主要截面位置不同;并针对该类桥梁的施工特点,提出误差识别和拱肋线形控制的建议.

南盘江特大桥拱圈混凝土斜拉扣挂法施工分析

云桂铁路南盘江特大桥主桥为主跨416m的钢管混凝土劲性骨架拱桥,该桥主拱圈外包混凝土达24 068m3,拟采用斜拉扣挂分环连续浇筑法施工,将拱圈混凝土分6环,对称设置3组斜拉扣索。为了掌握拱圈混凝土施工时结构的应力和变形,采用软件MIDAS Civil建立主拱圈有限元模型,对施工过程中的斜拉扣索索力、钢管混凝土劲性骨架结构应力及拱顶竖向变形等进行了分析。结果表明:采用3组斜拉扣索可实现南盘江特大桥主拱圈的分环连续浇筑,3组斜拉扣索的最大索力为3 500kN;在斜拉扣挂分环连续浇筑施工过程中,张拉3组扣索后,劲性骨架的钢管及管内混凝土的瞬时应力和永存应力均有效控制在规范要求范围内,且拱顶几乎未发生上挠。

脱粘圆形钢管混凝土拱肋的极限荷载试验研究

为了研究钢管混凝土拱桥脱粘后的承载能力情况,将一根圆截面钢管混凝土拱肋成型后置于实验室发生自然脱粘,对自然脱粘后的拱肋进行了四分点处单点非对称加载至破坏的模型试验,采用数值方法和《钢管混凝土拱桥技术规范》(GB 50923-2013)等现行规范的方法分别分析了模型拱肋无脱粘时的极限荷载。试验获得了加载过程脱粘钢管混凝土拱肋模型的应力、变形曲线及面内极限荷载。结果显示:钢管混凝土模型拱肋在自然脱粘情况下,荷载—挠度曲线及荷载—应变曲线仍表现出较大的延性,脱粘后其极限荷载实测值相比无脱粘时的有限元理论计算值略低10%,较按现行几本规范方法的计算值均高40%左右。分析表明,自然脱粘后的钢管混凝土拱肋在外荷载作用变形后仍受到约束,具有良好的弹塑性力学性能及承载能力。研究成果可为钢管混凝土拱桥的进一步研究提供试验数据,并为同类桥梁的发展提供参考。

500m级钢管混凝土拱桥施工控制

为解决500 m级钢管混凝土拱桥施工控制的难题,对既有施工控制方法的局限性进行了分析.根据结构在施工过程中的力学特征,提出了施工控制的可调域法,并对该方法的计算公式进行了推导.基于可调域法的优点和拱肋拼装的要求,给出了吊装线形控制方法.可调域法通过将结构的线形、应力以及索力控制在一定范围内,只在关键施工阶段进行调整,从而减少了调索次数.将该方法应用于波司登大桥,合龙后线形和应力误差均在规范JTG/T F50—2011允许范围内.实践表明,可调域法在500 m级钢管混凝土拱桥施工控制中是可靠的.

哑铃型钢管混凝土拱桥拱肋混凝土灌注施工稳定分析

介绍了稳定的相关理论及大跨径钢管混凝土拱桥空间稳定分析方法,基于有限元理论,考虑了结构的几何非线性及材料非线性,运用ANSYS软件对汉中市汉江城市桥闸工程拱肋混凝土灌注过程的稳定性进行了模拟计算,为大桥的设计及施工提供了依据。

钢管混凝土拱桥拱肋吊装过程线形调整方法研究

为了解决钢管混凝土拱桥拱肋吊装过程中线形调整问题,对拱肋的真实线形以及线形偏差调整量计算方法进行了研究。通过对拱肋线形误差因素的影响分析,提出了拱肋真实线形的计算公式。在既有的研究基础之上,针对线形调整量提出了可行-优化解的计算方法,从而计算出拱肋线形调整值。将这种方法应用于波司登大桥,调整后结构线形误差在规范允许范围内。

大跨径拱桥缆索施工支架非线性受力特性分析

随着钢管混凝土拱桥跨径的增大,缆索吊装施工过程中,塔架的受力安全性问题备受关注,但主索的计算为简化的理论计算,不考虑主索滑移及塔架偏位对主索受力的影响,导致塔架受力计算不够精确。以某430 m大跨度钢管混凝土拱桥为例,建立索塔一体化并考虑主索非线性及滑移的有限元模型,考虑塔架偏位对主索及塔架变形与受力的影响,将得到的有限元受力分析结果与现有解析方法的求解结果对比分析,结果表明:有限元方法计算结果偏大,与解析法差距在10%以内,说明考虑主索滑移及塔架偏位时结构受力更不利,此种模拟方式能够较精确地计算主索及塔架的变形及受力特性,为钢管混凝土拱桥的施工提供指导。