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大跨径系杆拱桥大节段安装过程内力及变形分析.pdf
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1、158交通科技与管理工程技术0引言钢箱梁系杆拱桥具有跨越能力大、施工效率高、结构自重轻、水平推力小等优点,是在国内得到广泛采用的一类桥梁结构形式。钢箱梁系杆拱桥大多将系杆及拱肋划分为多个节段,在钢结构工厂内预制成型后运至现场,随后采用缆索吊装、悬臂拼装的方式,将系梁以及拱肋节段安装成型。对于采用系梁及拱肋大节段的系杆拱桥,在拱桥施工过程中,结构的受力与变形特性较为复杂,为了保证施工安全性和成桥精度,需要对施工过程中结构的受力状态和变形展开研究。国内学者针对大跨径系杆拱桥施工控制这一方面,展开了较为充分的研究1-2。李明3等结合施工实例对大节段钢拱肋吊装的施工工序进行了研究,结果表明,大节段钢拱
2、肋吊装过程中的内力和线形均能控制在合理范围内;孙海鹏4针对一种双跨下承式系杆拱桥的大节段拼装施工监控技术提出一套系统的监控方法,并结合有限元分析软件进行详细计算,同样验证了大节段钢拱肋吊装过程中的内力和线形均能控制在合理范围内;王建勋5等讨论了大跨度钢桁架拱桥先拱后梁施工方法的可行性,并结合工程实际建立了有限元软件计算模型,分析了大节段在施工过程中的安全性与可行性,验证了结构在施工过程中具有良好的强度和刚度,结构的安全性与稳定性均能满足相关规范要求。针对钢箱系杆拱桥在支架斜交布置条件下,采用大节段吊装施工的相关研究较少。为了探讨在斜交支架布置情况下,采用大节段按照过程中的受力性能,以清水河大桥
3、为依托开展相关研究分析。1工程概述1.1桥梁结构特点清水河大桥主桥采用 178 m+85 m 两跨简支钢箱下承式系杆拱桥,桥面全宽 24.25 m。178 m 跨径主跨通过系梁平衡拱脚推力形成整体无水平推力结构。主跨采用全钢的结构形式,主跨拱肋以及系梁均采用钢箱梁,桥面系梁采用正交异性钢桥面板,整体结构自重较轻,主跨轴线与河道线斜交。主桥跨径为 178 m,拱圈轴线采用二次抛物线,矢跨比为 1 4。主跨主拱圈由两片拱肋组成,其所在平面与水平面正交。主拱拱肋采用单箱单室钢箱梁,钢箱高 2.6 m,宽 2 m,主拱拱肋之间设六道“一”字形风撑;系梁采用单箱单室钢箱梁截面,梁高 2.6 m,宽 2
4、m。主桥共设置 27 对吊杆,吊杆采用热挤压钢绞线成品索,拱端采用锚箱式锚固,梁端采用叉耳式锚固。1.2施工工艺流程清水河大桥主跨按照先梁后拱的施工顺序,利用浮吊进行系梁以及拱肋大节段的吊装工作。主要施工工序介绍如下:(1)水中临时施工支架与钢管式防撞墩施工。考虑通航需要,施工支架沿桥梁横向的布置方向与桥梁轴线斜交,并与航道线方向一致。(2)采用 500 t 浮吊船将系梁进行大节段吊装,并安装部分横梁及桥面板使得两侧系梁形成整体,如图1(a)所示。(3)将系梁支架进行接高,形成拱肋支架,利用500 t 浮吊船依次吊装部分钢拱肋节段以及相应风撑,如图 1(b)所示。(4)拆除拱肋钢管支架,对称安
5、装吊杆并进行第一次张拉,接着拆除系梁支架,形成主结构体系。(5)利用汽车吊从两侧拱脚依次向跨中完成剩余桥面板安装,进行吊杆力调整,并完成桥面铺装及附属结构施工。收稿日期:2023-09-15作者简介:袁普(1989),男,本科,工程师,研究方向:公路工程。大跨径系杆拱桥大节段安装过程内力及变形分析袁普(中交三公局第六工程有限公司,河北 石家庄 050000)摘要文章以芜宣高速公路清水河大桥为背景,对结构在系梁及拱肋大节段安装过程中的内力与变形性能展开研究。大跨径系杆拱桥大节段拼装施工的过程中存在结构受力复杂、线形控制困难等问题,采用有限元软件,对施工过程中的结构受力及挠度进行分析。结果表明,施
6、工过程中结构受力良好,线形可控,可供其他类似工程参考与借鉴。关键词刚拱桥安装;数值分析;线形控制;内力计算中图分类号U445.4文献标识码A文章编号2096-8949(2023)22-0158-032023 年第 4 卷第 22 期159交通科技与管理工程技术(a)浮吊吊装系梁(b)浮吊吊装拱肋图 1主要施工过程(mm)1.3施工特点与控制难点为了提高安装效率,降低对河道的影响,清水河大桥采用大节段吊装进行安装,节段长度及吊重见表 1。拱肋节段最大长度 57.35 m,最大节段质量 141.3 t;系梁节段最大长度 52.52 m,最大质量 152.8 t。主要预制大节段的跨径和质量,远大于常
7、规的拱肋节段与系梁节段,如表 1 所示。表 1节段尺寸与质量统计表节段位置节段长度/m节段重量/t左侧拱肋小里程靠支座侧46.04118.8左侧拱肋小里程靠跨中侧54.62132.2右侧拱肋小里程靠跨中侧57.35139.7左侧拱肋大里程靠跨中侧56.18141.3右侧拱肋大里程靠跨中侧53.45131.4右侧拱肋小里程靠支座侧46.04120.4左侧系梁小里程靠跨中侧52.31144.0右侧系梁小里程靠跨中侧51.47152.8左侧系梁大里程靠跨中侧51.47152.4右侧系梁大里程靠跨中侧52.52146.1吊装节段的长度和质量远超过常规的钢箱梁节段。大节段安装的过程中,节段在自重作用下会
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