拱架现浇拱圈混凝土拱桥合理施工程序及方法.doc

拱架现浇拱圈混凝土拱桥合理施工程序及方法 　　摘要：针对目前确定拱架现浇拱圈混凝土浇筑顺序主要考虑拱架变形而未考虑结构应力的现状，以贵州甘河沟大桥主桥为工程背景，结合其原施工方案初步确定了分环分段位置，利用MIDAS软件对拱架现浇拱圈混凝土的施工全过程进行仿真分析，综合考虑拱架变形和结构应力，通过多方案计算对比确定了合理的最优浇筑方案：第1环混凝土浇筑顺序为先拱脚段再拱顶段最后中间段；第2环混凝土浇筑顺序为先拱顶段再拱脚段最后中间段；第3环混凝土拱项、拱脚和中间段均再细分成2部分，浇筑顺序为先依次施工拱顶段、中间段和拱脚段第1部分，而后再依次施工拱顶段、拱脚段和中间段第2部分；拱上建筑浇筑顺序为从拱项向拱脚依次施工。拱架变形和结构应力的实测值与理论值总体上吻合较好，表明该程序与方法合理可靠 关键词：桥梁工程；箱型拱桥；拱架现浇；施工程序 中图分类号：U448.22 文献标志码：A 文章编号：1674-4764（2016）06-0083-08 混凝土拱桥结构因性能优越、跨越能力大、耐久性好且外形优美而倍受工程界青睐。拱架法是混凝土拱桥和石拱桥常用的一种施工方法。拱架法施工拱桥的一个难点在于如何合理地划分拱圈混凝土的浇筑长度和浇筑顺序，以控制拱架发生过大变形，防止拱圈混凝土因拱架变形过大而开裂，并减少前期拱圈混凝土所受拉应力。为了保证拱圈混凝土和拱上建筑施工全过程中拱架与拱圈的变形和受力均满足要求，必须先确定合理的浇筑顺序和浇筑长度 中国多座混凝土拱桥采用了分环分段的拱架施工方法，如：打黑渡怒江大桥、丹河大桥、官地永久交通大桥等。技术人员对拱架现浇混凝土拱圈的分环分段浇筑程序与方法进行了相关研究，蒋云峰等和刘鹏等研究了混凝土现浇时拱架与混凝土的联合作用，周倩等研究了混凝土拱圈的浇筑长度。但以上研究主要以拱架变形为控制要素，未考虑主拱圈浇筑过程中混凝土应力变化所带来的影响。李传习等通过不同施工方案的有限元数值计算与对比研究获得了低扣塔架设钢管混凝土拱桥的合理施工程序与方法。其他国家着重于进行拱桥新工艺及新型组合结构的探索，较少研究拱架现浇拱桥的施。笔者结合甘河沟大桥实际工程，利用Midas/Civil软件对主拱圈纵向浇筑顺序展开研究，对比分析拱圈分环分段施工中每一环拱圈不同的浇筑顺序对拱架变形及先期形成拱圈应力所产生的影响，得出每一环主拱圈浇筑的最优顺序 1.工程概况 甘河沟大桥位于贵州省毕节市双山新区梨新大道上，跨越甘河沟河谷。甘河沟大桥全长320m，桥跨布置为3×30m箱梁+125m箱型拱桥+3×30m箱梁，其中，主桥为混凝土箱型拱桥；矢跨比fo/Lo=1/5，拱轴系数m=1.756；大桥分为左右两幅，每幅桥面宽23.0m，设有1.6%纵坡和1.5%横坡。主拱圈拱箱为单箱4室，截面高2.2m、宽15.6m。甘河沟大桥采用悬拼钢拱架现浇混凝土的施工方法。甘河沟大桥主桥立面总体布置如图1所示，主拱圈拱箱和钢拱架横向布置如图2所示 2.分环分段方案 甘河沟大桥拱圈混凝土浇筑过程按竖向分环、纵向分段的方式进行，并遵循纵向和横向对称、均衡的原则进行施工。按照设计要求，主拱圈竖向共分为3环，第1环为底板和下马蹄部分；第2环为腹板和横隔板部分；第3环为顶板和上马蹄部分，分环位置如图3所示。当第1环混凝土达到90%设计强度后，方可进行第2环混凝土浇筑，第2环混凝土达到90%后方可进行第3环混凝土浇筑。主拱圈纵向分为5段，分段位置分别位于排架2、4、7、9，分段位置如图4所示 钢拱架拱顶截面变形显著，以钢拱架拱顶截面变形为分析对象，通过分析拱架跨中截面的挠度影响线，可以确定混凝土浇筑过程中拱顶挠度的变化。从图5中的拱顶挠度影响线可以看出，因拱脚区段为正挠度区域，拱圈混凝土由拱脚向拱顶浇筑时，浇筑该区域混凝土将使拱架拱顶向上变形。随着混凝土继续浇筑，混凝土进入负挠度区域，拱架拱顶开始向下变形。在混凝土浇筑过程中应使拱顶竖向位置变化和结构应力尽可能小，为此，每一环拱圈混凝土初步拟定了4种可能的浇筑方案，如表1所示，表中字母所表示区段见图4 图5中，x1、x2分别为沿跨径方向拱圈混凝土浇筑分段点位置；xo为拱顶挠度影响线零点位置；挠度向上为正挠度 3.有限元计算模型 采用Midas/Civil软件对甘河沟大桥进行有限元模拟计算，拱圈和拱架的结构离散如图6所示，共有9246个单元，9847个节点，3645个弹性连接。拱架和拱圈均采用梁单元模拟，拱圈底板和拱架之间采用弹性连接中的单向受压单元连接，并释放单元两端弯矩，通过设定受压刚度值来模拟模板受力；底板、腹板、顶板之间采用弹性连接中的刚性选项进行模拟；用释放单元两端弯矩的方式模拟拱架下弦的铰接方式；按两铰拱对钢拱架的边界条件进行约束，按