勁性骨架拱橋不同邊界條件吊裝對比分析

文/游佐巧 重慶交通大學(xué) 重慶 400074

熊邵輝 招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司 重慶 400067

1、引言

大跨度勁性骨架拱橋的施工方式廣泛采取纜索吊裝斜拉扣掛法。勁性骨架拱肋在工廠預(yù)制后運送到施工現(xiàn)場，在現(xiàn)場經(jīng)過預(yù)拼裝后采用纜索吊裝法進(jìn)行節(jié)段吊裝施工。王鋒[1]以落步溪大橋為研究對象在鋼骨架合龍后，分析了下弦鋼管鉸接在拱座上，上下弦鋼管的應(yīng)力；文獻(xiàn)[2][3]分別采取拱腳固結(jié)和鉸接的方式進(jìn)行勁性骨架吊裝施工研究。但這些研究都沒有詳細(xì)說明兩種吊裝方式的差異。本文以實際工程為例對比分析不同邊界條件吊裝下拱肋線形及內(nèi)力。

2、工程概況及仿真模型

大橋為計算跨徑155m的上承式鋼筋混凝土勁性骨架拱橋。骨架采用3條平行的鋼管拱肋以橫撐連接成整體。整條拱肋為等截面桁架，采用6根402mm×32mm材質(zhì)為Q345C的鋼管組成，采用拱軸系數(shù)m=1.99的懸鏈線，計算矢高f=39.3。

骨架的吊裝施工利用Midas Civil有限元軟件進(jìn)行模擬，其中骨架采用梁單元，扣索采用只受拉桁架單元，扣索及預(yù)埋段采用固結(jié)約束。現(xiàn)分別建立兩個模型模擬骨架節(jié)段固結(jié)吊裝和鉸接吊裝。其中固結(jié)吊裝模型預(yù)埋段固結(jié)，節(jié)段之間共用節(jié)點形成剛性連接。鉸接吊裝模型預(yù)埋段固結(jié)，為了模擬節(jié)段之間采用鉸接施工，利用Midas Civil將節(jié)段之間連接單元剛度縮小200倍進(jìn)行鉸接模擬。

3、吊裝對比分析

3.1 拱肋線形計算結(jié)果對比分析

勁性骨架合龍后的線形不易改變，為了達(dá)到與設(shè)計要求相符的線形，拱肋節(jié)段在施工中需要不斷對已吊裝節(jié)段進(jìn)行線形調(diào)整。采用固結(jié)約束與鉸接約束吊裝拱肋節(jié)段都可以對其線形進(jìn)行調(diào)整。施工階段各節(jié)段端部豎向位移（由于對稱僅列半跨數(shù)據(jù)）見表1所示。

3.2 拱肋應(yīng)力計算結(jié)果對比分析

勁性骨架拱肋吊裝施工中骨架鋼管會產(chǎn)生應(yīng)力，采用不同邊界條件下的吊裝施工各節(jié)段拱肋應(yīng)力也不相同。兩種邊界條件下的節(jié)段吊裝在各施工階段下節(jié)段連接點下緣應(yīng)力（僅列半跨下緣數(shù)據(jù)）見表2所示。

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結(jié)論：

在相同索力條件下，采用鉸接約束吊裝的成拱豎向位移要大于固結(jié)約束吊裝。鉸接約束吊裝更有利于在施工中調(diào)整拱肋線形并且成拱的上下緣應(yīng)力整體上要小于固結(jié)約束吊裝，成拱應(yīng)力狀態(tài)更優(yōu)，更有利于挖掘拱肋極限承載力。