论文部分内容阅读
[摘 要]本文以钢管混凝土提篮式系杆拱桥-乌溪江特大桥为研究对象，通过理论研究，对泵送混凝土这一施工阶段，钢管拱肋的受力进行了研究。
[关键词]钢管拱肋；泵送施工；腹腔加强
中图分类号：TU528.53 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0178-01
1.1 工程背景
由于个管混凝土结构自身特性，钢管内混凝土密实性对其承载能力有很大关系。因此，目前在施工中一般都采用泵送顶升法灌注管内混凝土。随着泵送高程的增大，泵送压力不断的增大，可能会造成钢管拱肋开裂的事故。特别是对于哑铃型钢管拱肋，在灌注腹腔时，极易发生压强过大使腹板变形过大甚至开裂的质量事故[1]。有必要对钢管拱肋结构进行局部分析，并探讨一些腹腔加强措施。
本文结合杭长客运专线某特大桥进行研究。拱肋采用哑铃型钢管混凝土截面，截面高度3.4m，沿程等高设计，钢管直径为1.20m，由厚18mm的钢板卷制而成，每根拱肋的两根钢管之间用δ=16mm厚的腹板连接。
1.2 建立拱肋局部模型
为分析泵送压力下钢管拱肋的应力大小，建立4m长的局部模型进行分析，。在实际构造中，吊杆套管与拱肋结合处的受力较复杂，因此在拱肋中间位置处设置垂直于拱肋的吊杆套管。并对模型做如下假设：（1）管内的压强按均布考虑；（2）忽略自重影响；（3）不考虑加劲角钢对腹板的加强作用。
在灌注腹腔局部模型计算时将考虑腹板钢材的材料非线性因素。
1.3 局部模型计算结果分析
在局部模型不考虑重力影响的情况下，由于隔着腹腔，上管的刚度变化对下管的受力影响很小，因此灌注下管时下管截面的受力与上管是否以灌注混凝土关系不大[2]。本文对灌注上管阶段上管受力计算结果进行分析。
表.1列出了灌注上管时上管的等效应力及变形结果。
上管截面为圆形截面，在管内压强为0.8Mpa下，钢管最大等效应力为82.3Mpa，远小于Q345钢的屈服应力；最大变形为0.16mm。
表.2列出了灌注腹腔时不设拉筋情况下腹板的等效应力、变形结果。
计算表明，在不对腹腔加强的工况下，腹板将产生很大的等效应力和变形。
1.4 腹腔加劲方案
灌注腹腔混凝土阶段腹板的应力为灌注施工的控制因素，为防止拱肋钢管在灌注腹腔混凝土时发生鼓包及可能出现的爆管现象，可考虑在腹腔内加设拉筋对其进行加强。该桥在拱肋腹腔内沿程设置了加劲角钢及钢筋，加劲角钢和钢筋端部焊接于腹板内侧，钢筋同时也与角钢焊接在一起。加劲钢筋实际为两排，沿拱轴线间距为50cm。计算时增加两种工况：增加一排钢筋，沿竖向均匀分布；钢筋排数不变，沿拱轴线间距减小为40cm。腹腔加强的两种工况模型如图.5工况二、三所示。
表.3列出了加设拉筋情况下灌注腹腔时腹板的等效应力、变形结果及腹板加劲钢筋的计算结果。
加设拉筋时腹板横向变形图如图.6所示。
1.5 结论
（1）钢筋拉杆承担了很大部分压强。由于钢筋拉杆的存在，大大减小了腹板的受力水平，使腹板等效应力大大减小。加设钢筋拉杆后最大等效应力为77.7Mpa，整个腹板均处于弹性变形状态；
（2）钢筋拉杆同时限制了腹板的变形，保证了结构外观的美观性。加设钢筋拉杆后横向变形为2.24mm。
（3）实际加劲方案钢筋拉杆在管内压强为0.5Mpa左右即已达到极限强度235Mpa，成为结构安全控制因素。因此建议提高钢筋强度等级或加密拉筋间距。
参考文献
[1] 秦荣， 钢管混凝土拱桥钢管开裂事故分析， 土木工程学报，2001，34（3）：74-77.
[2] 徐波， 哑铃形钢管混凝土拱桥爆管成因分析与构造改进研究，[硕士学位论文]成都：西南交通大学，2008.
[关键词]钢管拱肋；泵送施工；腹腔加强
中图分类号：TU528.53 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0178-01
1.1 工程背景
由于个管混凝土结构自身特性，钢管内混凝土密实性对其承载能力有很大关系。因此，目前在施工中一般都采用泵送顶升法灌注管内混凝土。随着泵送高程的增大，泵送压力不断的增大，可能会造成钢管拱肋开裂的事故。特别是对于哑铃型钢管拱肋，在灌注腹腔时，极易发生压强过大使腹板变形过大甚至开裂的质量事故[1]。有必要对钢管拱肋结构进行局部分析，并探讨一些腹腔加强措施。
本文结合杭长客运专线某特大桥进行研究。拱肋采用哑铃型钢管混凝土截面，截面高度3.4m，沿程等高设计，钢管直径为1.20m，由厚18mm的钢板卷制而成，每根拱肋的两根钢管之间用δ=16mm厚的腹板连接。
1.2 建立拱肋局部模型
为分析泵送压力下钢管拱肋的应力大小，建立4m长的局部模型进行分析，。在实际构造中，吊杆套管与拱肋结合处的受力较复杂，因此在拱肋中间位置处设置垂直于拱肋的吊杆套管。并对模型做如下假设：（1）管内的压强按均布考虑；（2）忽略自重影响；（3）不考虑加劲角钢对腹板的加强作用。
在灌注腹腔局部模型计算时将考虑腹板钢材的材料非线性因素。
1.3 局部模型计算结果分析
在局部模型不考虑重力影响的情况下，由于隔着腹腔，上管的刚度变化对下管的受力影响很小，因此灌注下管时下管截面的受力与上管是否以灌注混凝土关系不大[2]。本文对灌注上管阶段上管受力计算结果进行分析。
表.1列出了灌注上管时上管的等效应力及变形结果。
上管截面为圆形截面，在管内压强为0.8Mpa下，钢管最大等效应力为82.3Mpa，远小于Q345钢的屈服应力；最大变形为0.16mm。
表.2列出了灌注腹腔时不设拉筋情况下腹板的等效应力、变形结果。
计算表明，在不对腹腔加强的工况下，腹板将产生很大的等效应力和变形。
1.4 腹腔加劲方案
灌注腹腔混凝土阶段腹板的应力为灌注施工的控制因素，为防止拱肋钢管在灌注腹腔混凝土时发生鼓包及可能出现的爆管现象，可考虑在腹腔内加设拉筋对其进行加强。该桥在拱肋腹腔内沿程设置了加劲角钢及钢筋，加劲角钢和钢筋端部焊接于腹板内侧，钢筋同时也与角钢焊接在一起。加劲钢筋实际为两排，沿拱轴线间距为50cm。计算时增加两种工况：增加一排钢筋，沿竖向均匀分布；钢筋排数不变，沿拱轴线间距减小为40cm。腹腔加强的两种工况模型如图.5工况二、三所示。
表.3列出了加设拉筋情况下灌注腹腔时腹板的等效应力、变形结果及腹板加劲钢筋的计算结果。
加设拉筋时腹板横向变形图如图.6所示。
1.5 结论
（1）钢筋拉杆承担了很大部分压强。由于钢筋拉杆的存在，大大减小了腹板的受力水平，使腹板等效应力大大减小。加设钢筋拉杆后最大等效应力为77.7Mpa，整个腹板均处于弹性变形状态；
（2）钢筋拉杆同时限制了腹板的变形，保证了结构外观的美观性。加设钢筋拉杆后横向变形为2.24mm。
（3）实际加劲方案钢筋拉杆在管内压强为0.5Mpa左右即已达到极限强度235Mpa，成为结构安全控制因素。因此建议提高钢筋强度等级或加密拉筋间距。
参考文献
[1] 秦荣， 钢管混凝土拱桥钢管开裂事故分析， 土木工程学报，2001，34（3）：74-77.
[2] 徐波， 哑铃形钢管混凝土拱桥爆管成因分析与构造改进研究，[硕士学位论文]成都：西南交通大学，2008.