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《鋼管混凝土拱橋施工過程拱肋應(yīng)力研究》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、鋼管混凝土拱橋施工過程拱肋應(yīng)力研究 摘要:鋼管混凝土拱橋施工架設(shè)過程中,管內(nèi)混凝土灌注后強(qiáng)度逐漸發(fā)展,結(jié)構(gòu)剛度分階段形成,并伴隨著混凝土收縮徐變的發(fā)生,從而影響鋼管混凝土拱肋以及全橋的受力性能。以神龍橋為背景,通過有限元軟件MIDAS/Civil的“施工階段聯(lián)合截面”功能來計算混凝土灌注過程及其收縮徐變情況下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化過程。關(guān)鍵詞:鋼管混凝土;拱橋;施工階段聯(lián)合截面中圖分類號:U448文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:鋼管混凝土的結(jié)構(gòu)形式相對簡單,結(jié)構(gòu)體系受力明確,而在施工安裝階段即混凝土澆筑前和混凝土由灌注到硬結(jié)過程,隨著
2、混凝土強(qiáng)度的發(fā)展,組合截面的剛度是分階段形成的[1]。成橋后混凝土發(fā)生收縮和徐變會對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和應(yīng)力重分布、線型和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響[2]。目前尚無專用的設(shè)計規(guī)范和計算理論來考慮混凝土灌注過程和后期收縮徐變對結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生的影響,采用有限元程序進(jìn)行施工過程的模擬是一種比較可行的方法。1工程背景5神龍橋位于浙江省嘉興市城南路上,為下承式系桿拱橋;系桿拱片由拱肋、系桿和吊桿組成,拱肋和系桿則由拱腳處的鋼箱連接,再將兩拱片用四道頂風(fēng)撐及十三根底橫梁連接,并在橫梁間安裝空心板澆筑橋面鋪裝等組合成下承式系桿拱橋。系桿拱橋計算矢高
3、為9.9m,矢跨比為1/5.12,每拱肋按跨徑12等分設(shè)置11根吊桿,相鄰吊桿間距離為4.28m,每根吊桿由36ø15.24鋼絞線組成。拱肋為直徑0.6m,壁厚12mm鋼管內(nèi)灌注混凝土的圓形截面。風(fēng)撐為直徑0.6m,壁厚14mm的空鋼管。橋面寬度為:凈6.0m+1.0m(人行道)。橋面設(shè)1%的橫坡。設(shè)計荷載為汽車-10;人群荷載為3.5kN/m2,五級通航。每拱片系桿由兩根管徑為127mm,壁厚12mm的鋼管內(nèi)穿兩根9ø15.24鋼絞線組成,鋼絞線外套外徑D=80mm的金屬波紋管,內(nèi)灌純水泥漿
4、加以保護(hù),波紋管與鋼管無粘結(jié)。橋梁里面布置圖如圖1所示。圖1橋梁立面布置圖(mm)2施工過程有限元分析2.1有限元模型5本橋的有限元計算模型如圖2所示,其整體坐標(biāo)系為:x軸為縱橋向,y軸為橫橋向,z軸為豎向。應(yīng)力以受拉為正,位移與整體坐標(biāo)軸指向一致者為正。拱肋、縱梁、橫梁和風(fēng)撐采用梁單元模擬,系桿和吊桿均采用桁架單元模擬。所用鋼管采用16Mn鋼,鋼管內(nèi)混凝土為C50微膨脹混凝土,橫梁、拱腳箱梁和橋面板采用C50混凝土。拱腳處施加簡支邊界條件,拱腳與系桿及端橫梁均采用剛性連接。根據(jù)文獻(xiàn)[3]的規(guī)定,對各個施工階段的荷載包括
5、自重、系桿張拉力、吊桿張拉力、混凝土收縮徐變以及二期恒載進(jìn)行分別考慮。鋼管內(nèi)混凝土考慮混凝土的齡期及強(qiáng)度的發(fā)展,混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后拱肋由組合截面共同承擔(dān)荷載。混凝土收縮徐變特性暫按文獻(xiàn)[4]考慮。國內(nèi)外提出了多種混凝土收縮徐變模型,如:歐洲規(guī)范中提供的EC2模型,美國混凝土協(xié)會209委員會提出的ACI209(1992)模型,法國的AFREM模型,歐洲混凝土委員會—國際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會提出的MC90模型,美國Bazant等提出的B3模型,中國規(guī)范給出考慮徐變影響的強(qiáng)度折減系數(shù)等。文獻(xiàn)[2]和[5]對各模型進(jìn)行了具體介紹。
6、施工階段分為:CS1-安裝拱肋、風(fēng)撐及系桿;CS2-泵送拱肋內(nèi)混凝土;CS3-待拱肋內(nèi)混凝土達(dá)到100%設(shè)計強(qiáng)度后張拉系桿;CS4-安裝吊桿進(jìn)行吊桿張拉;CS5-鋪設(shè)橋面板以及其他橋面二期設(shè)施并進(jìn)行橋面鋪裝;CS6-收縮徐變1000d。圖2結(jié)構(gòu)的有限元模型2.2應(yīng)力計算結(jié)果分析(1)鋼管應(yīng)力選取拱腳、L/4和拱腳截面作為控制截面,鋼管應(yīng)力隨施工階段變化,CS1→CS6施工階段的拱腳鋼管應(yīng)力為:-4.47MPa→-14.7MPa→-30.2MPa→-35.5MPa→-47.4MPa→-69.8MPa;L/4鋼管應(yīng)力為:-3
7、.93MPa→-13MPa→-30.9MPa→-35.8MPa→-46.6MPa→-68.35MPa;拱頂鋼管應(yīng)力為:-3.54MPa→-12.1MPa→-31.5MPa→-36.1MPa→-46.1MPa→-67.3MPa。隨著施工階段拱肋鋼管壓應(yīng)力逐漸增大,收縮徐變1000d后,拱腳、L/4和拱腳截面的壓應(yīng)力分別為69.8MPa、68.3MPa和67.3MPa,均小于鋼管材料的設(shè)計強(qiáng)度(16Mn鋼的設(shè)計強(qiáng)度為315MPa)。(2)鋼管內(nèi)混凝土應(yīng)力考慮3年收縮徐變后,各個控制截面鋼管內(nèi)混凝土的應(yīng)力均為壓應(yīng)力,CS1→C
8、S6施工階段的拱腳鋼管內(nèi)混凝土應(yīng)力為:0MPa→-0.467MPa→-2.38MPa→-2.59MPa→-3.73MPa→-1.76MPa;L/4鋼管內(nèi)混凝土應(yīng)力為:0MPa→-0.369MPa→-2.57MPa→-2.70MPa→-3.71MPa→-1.71MPa;拱頂鋼管內(nèi)混凝土應(yīng)力為:0MPa→-0.321MP