钢筋混凝土拱桥拱架现浇主拱圈施工方案优化

摘要

钢筋混凝土拱桥在跨径80～200m范围内具有较大的竞争优势，在我国贵州、云南和四川等省应用较多。对于跨度较大的钢筋混凝土拱桥，常采用钢拱架现浇拱圈混凝土的施工方法，其中主拱圈分环分段施工方案的确定和拱架-拱圈联合作用的考虑是两个关键点，尚有不少问题值得深入研究。本文以贵州甘河沟大桥钢筋混凝土拱桥为工程背景，开展其施工方案的优化计算研究，主要工作和成果如下:
　　(1)介绍了钢筋混凝土拱桥的施工方法及其在山区的应用，重点对钢拱架现浇拱圈施工的研究现状进行了阐述，分析了当前钢拱架现浇施工主拱圈研究的不足。
　　(2)以贵州甘河沟大桥为背景，采用有限元软件BR-CAL-Z建立了有限元分析模型，以主拱圈原施工方案为基础，针对在施工过程中拱圈各环出现最不利应力的情况，对主拱圈“分环分段”施工过程中各环混凝土浇筑顺序进行综合分析与优化，提出了基于排列组合的优化试算法，确定了优化后的施工方案，使拱圈施工过程与成桥状态下受力趋于合理，可供同类桥梁参考和借鉴。
　　(3)以最终确定的较优施工方案为基础，针对将拱圈混凝土作为荷载施加在钢拱架上造成的拱架应力超标或是拱架设计过于安全保守的情况，对该钢筋混凝土拱桥进行有限元分析，通过对比拱架单独作用和拱架-拱圈联合作用下各关键部位弦杆的应力，分析得到了联合作用对拱架应力变化的影响情况:考虑联合作用后，拱架受力有较大改善，浇筑腹板不同节段时，拱架各关键部位弦杆应力减小了16.5％～61.5％，浇筑顶板不同节段时，拱架各关键部位弦杆应力减小了23.4％～58.3％。实测数据验证了上述分析结果，因此拱架设计与桥梁施工控制中都应考虑这种联合作用的影响。
　　(4)用同样的方法对拱架单独作用和拱架-拱圈联合作用下拱架关键部位节点的挠度进行了研究，分析得到了联合作用对拱架变形的影响情况:浇筑腹板不同节段时，拱架各关键节点挠度减小了21.14％～58.83％，浇筑顶板不同节段时，拱架各关键节点挠度减小了29.43％～67.13％。实测数据验证了上述分析结果。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 钢筋混凝土箱型拱桥的发展现状

1．1．1 钢筋混凝土箱型拱桥概述

1．1．2 国内发展状况

1．1．3 国外发展现状

1．2 钢拱架现浇钢筋混凝土拱桥施工的发展

1．2．1 钢拱架的发展

1．2．2 钢拱架分环分段现浇主拱圈的联合作用问题

1．2．3 钢拱架现浇施工的研究现状

1．3 桥梁施工方案优化方法及其发展过程

1．4 研究存在的问题

1．5 本文研究的主要内容

第二章 钢筋混凝土拱桥有限元模型计算

2．1 贵州省甘河沟大桥工程简介及问题提出

2．1．1 甘河沟大桥工程简介

2．1．2 问题提出

2．2 有限元模型的建立

2．2．1 计算软件介绍

2．2．2 材料参数

2．2．3 结构离散信息

2．2．4 边界条件

2．2．5 荷载信息

2．2．6 加载顺序表

2．3 本章小结

第三章 钢拱架现浇主拱圈的施工方案优化

3．1 原设计主拱圈的施工方案介绍

3．2 原施工方案下拱桥应力分析

3．3 钢筋混凝土主拱圈施工顺序优化

3．3．1 主拱圈腹板及横隔板施工顺序优化

3．3．2 主拱圈顶板施工顺序优化

3．3．3 拱上建筑与空心板施工顺序优化

3．4 施工顺序优化后主拱圈应力分析

3．5 本章小结

第四章 拱架-拱圈联合作用对钢拱架强度影响分析

4．1 单独作用下钢拱架应力计算

4．2 拱架-拱圈联合作用聪冈拱架应力计算

4．3 数据测试

4．4 应力计算值与实测值对比分析

4．4．1 浇筑第一环混凝土时拱架应力分析

4．4．2 浇筑第二环混凝土时拱架应力分析

4．4．3 浇筑第三环混凝土时拱架应力分析

4．4．4 联合作用效应分析

4．5 本章小结

第五章 拱架-拱圈联合作用对钢拱架刚度影响分析

5．1 单独作用下钢拱架挠度计算

5．2 拱架-拱圈联合作用下钢拱架挠度计算

5．3 数据测试

5．4 挠度计算值与实测值对比分析

5．4．1 浇筑第一环混凝土时拱架挠度分析

5．4．2 浇筑第二环混凝土时拱架挠度分析

5．4．3 浇筑第三环混凝土时拱架挠度分析

5．4．4 联合作用效应分析

结论与展望

参考文献

致谢

附录