大跨度铁路中承式钢管混凝土拱桥施工阶段结构与支架受力特性分析

摘要

近年来，钢管混凝土拱桥因其承载能力高、施工简便以及外形美观而得到了极大的发展，但是在铁路上的运用及研究相比公路桥较少。随着跨径的增大，缆索吊装配合斜拉扣挂法逐渐成为大跨度拱桥的主要施工方法，但是斜拉扣挂法施工难度极大，其扣挂系统受力十分复杂，因此，对斜拉扣挂法拼装拱肋的全过程进行研究就显得非常重要。 本论文以主跨430m的中承式钢管混凝土拱桥—新建铁路川藏线拉萨至林芝段藏木雅鲁藏布江特大桥为背景，采用Midas Civil有限元分析程序来模拟斜拉扣挂法安装拱肋的整个施工过程，对施工过程中的拱肋及塔架的受力特性进行了详细分析。以下是本文的研究内容及结论： 1、对大跨径拱桥缆索吊装配合斜拉扣挂法中的关键技术进行了分析，由于吊装节段数量多、节段重且各节段间相互影响大，使拱肋线形控制的难度增加，对吊点标高、扣索的索力计算的要求也更高，同时也需要对施工塔架及缆索系统的受力进行更为细致的分析。 2、针对藏木特大桥桥址处环境较恶劣，风载及昼夜温差较大等因素，导致缆索吊装施工的难度较大。采用解析理论及有限元仿真模拟两种方法对主跨610m的缆索系统的受力进行了计算分析，对吊塔结构的受力及变形情况进行了仿真分析，在最不利风荷载作用下，其最大应力值及塔顶偏位均在规范要求范围内。 3、采用Midas Civil对藏木特大桥斜拉扣挂系统进行了仿真模拟，采用基于影响矩阵理论的未知荷载系数法，对扣索索力进行了优化计算分析，使拱肋在扣挂系统下合龙线形满足设计要求，提供了各施工阶段吊点的位移及扣背索的索力值。 4、对拱肋及扣挂系统的受力特性进行了详细分析，在最不利风荷载作用下，扣塔结构受力及塔顶位移均在规范要求范围内，且整体结构一阶稳定系数远大于 4.0，但最不利风荷载下扣塔的偏位使拱肋产生的最大位移达314.72mm，温差20℃时使拱肋产生的最大位移达40.70mm，因此建议在风荷载较小及温差变化不大的情况下进行拱肋安装。

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