下承式钢管混凝土刚性系杆拱桥拱肋施工力学分析

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钢管混凝土拱桥施工过程中,结构体系不断变化,主拱截面逐渐形成,且浇注的混凝土数量大,技术要求高,保证施工阶段结构构件的局部和整体稳定具有至关重要的作用。而国内外对成桥后的稳定与受力研究较多,施工过程中的稳定性研究较少,特别是不对称泵送混凝土对拱肋变形及稳定性的影响,国内尚无相关研究报道。 本文系统地研究了钢管混凝土拱桥从管内混凝土灌注到施工结束后,拱肋的变形、应力及稳定性的变化规律。 首先,本文利用接触面单元,模拟混凝土与管壁的相互作用,同时利用有限元软件的“单元生死”和“APDL语言编程”建立拱肋灌注混凝土的有限元模型,分析对称灌注及两边灌注高差为0.3米、0.5米和1米三种情况下拱肋的变形及稳定性的变化规律。结果表明:混凝土灌注进行到中部时,拱肋变形最大,应控制此时拱肋的变形量;不对称施工对稳定性影响重大,施工初期尤为突出,随着施工的进行,不对称施工偏差造成稳定性降低的程度变小。 其次,利用“APDL语言编程”建立尖湖拱桥施工过程中九个工况的实体有限元模型,通过与实际检测数据对比,论证了模型的有效性和可靠性。并利用该模型分析了施工过程中拱肋应力及稳定性的变化规律,结果表明:拱肋下表面应力值均大于上表面应力值;两侧拱脚及L/4与3L/4的应力变化呈对称趋势:张拉系梁钢束N5时,拱脚附近应力达到最大值,L/4、3L/4和拱顶应力最大值出现在桥面系施工结束后;该拱桥稳定系数随全桥刚度的增大而增大,质量的增大而减小,弹性失稳模态均为拱肋侧倾失稳。 根据研究结果,施工初期应控制拱肋从拱脚两侧灌注混凝土的高差不宜超过0.5米;二次张拉吊杆时稳定系数小于4,应加设临时风撑保证拱桥施工稳定性。该研究成果对同类桥型的理论研究和施工监控有一定的应用价值。
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