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大跨钢管混凝土拱桥混凝土自调载灌注方法(一)

发布日期:2020-05-23 作者:小智 点击:

钢管混凝土拱桥刚度大、受力性能好、适用性和经济性较强,非常适合于多深山峡谷的中西部地区. 据不完全统计,近二十年来,中国修建的跨径50 m以上的钢管混凝土拱桥超过250座,目前跨径大于400 m的有7座,2013年建成的波司登大桥主跨长达530 m,为当今世界最大跨度钢管混凝土拱桥. 近十年来我国在钢管混凝土拱桥设计理论方面研究开展较多,并取得了较丰富的研究成果,但有关钢管混凝土拱桥施工技术及理论的研究相对匮乏. 事实上要实现钢管混凝土拱桥跨径的飞跃性突破,施工问题是广大桥梁学者必须攻克的首要难题. 管内混凝土灌注作为钢管混凝土拱桥施工关键工序之一,对结构施工受力性能、钢管同混凝土共同作用效果、拱桥承载能力、结构使用寿命等具有较大的影响. 据调查,钢管混凝土拱桥由于灌注过程结构受力不合理而发生漏浆、断裂、爆管等事故的工程实例较多. 文献指出波司登桥大桥在首根拱肋混凝土灌注过程中,拱顶由上向下的变形变化幅度达到189.1 mm,宜对其灌注方案进行更深入的优化.

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目前钢管混凝土拱肋横向灌注顺序普遍采用穷举法方案比选思路确定,计算量大、耗时长,且无统一的评价标准. 对于单根拱肋可实现连续灌注的中小跨径钢管拱桥,以四肢桁架式截面为例,存在24种可选方案和64个优化计算工况. 若拱桥跨度过大或者拱顶较高,单根拱肋纵向一次性灌注困难而必须分段时,计算工况更多. 文献指出不同横向灌注次序最大差异是灌注过程中外钢管的应力. 本文以减小灌注过程外钢管应力为目标,基于应力影响线确定横向灌注次序,该法不涉及复杂的理论计算和施工仿真分析,工程应用简单方便.

 

目前,大多已建钢管混凝土拱桥单根拱肋采用拱脚-拱顶依次灌注的方式,在灌注过程中,外钢管会出现向上向下交替变形. 文献基于挠度影响线对劲性骨架混凝土拱桥外包混凝土浇筑方案进行研究,利用影响线叠加法寻求合理的分段点. 文献针对钢筋混凝土拱桥拱架现浇分段灌注进行研究,并指出合理的分段长度和加载顺序能够改善拱架施工变形. 文献基于拱肋挠度影响线对结构进行损伤识别,指出了控制拱肋挠度对保障结构使用寿命的重要性. 事实上,对于钢管混凝土拱桥,随着跨径增大或者矢跨比加大,拱脚至拱顶依次灌注过程中,外钢管拱顶位置会发生较大的由上向下的变形变化,不利于拱桥受力. 在施工中,通过局部位置预留灌注孔的方式可实现单根拱肋分段灌注. 本文提出纵向自调载灌注法,基于灌注过程外钢管的挠度影响线确定合理的分段长度和灌注次序,以改善单根拱肋灌注过程中结构的力学性能. 较临时扣索、水箱压重等方法,自调载灌注法不需要设置额外的辅助设施,可节约成本,降低工程造价.

 

混凝土刚度形成是一个缓慢的过程,为避免已灌混凝土在未形成合理刚度时过早受力,前一根拱肋混凝土灌注完成后需间隔一定时间方能灌注下一根拱肋. 确定合理的起灌时间是钢管混凝土拱桥施工需要解决的另一关键问题,国内外有关此方面研究开展较少. 本文基于有限元刚度方程和力学理论公式,推导单元加权弯矩能与灌注时间间隔之间的关系,基于有限元优化理论研究合理的灌注时间间隔.


本文网址:http://www.zwrjkj.com/news/648.html

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