（工程力学专业论文）带预应力系梁的钢管混凝土拱桥的施工控制研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 钢管混凝土拱桥是我国近年来桥梁建筑发展的新技术，具有自重轻、强度 大、抗变形能力强的优点。它比较好地解决了修建桥梁所需求的用料省、安装 重量轻、施工简便、承重能力大的诸多矛盾，是大跨度拱桥的一种比较理想的 结构形式。 国外关于钢管混凝土结构的研究与应用已有近百年的历史，而国内则是从 5 0 年代丌始研究，进入9 0 年代以来，钢管混凝土作为一种新型的组合材料， 由于其力学性能非常适合拱式体系的桥梁，所以得到广泛的应用和迅猛的发展。 本文以襄樊清溪河大桥为例，对带预应力系梁的钢管混凝土拱桥施工工艺 控制进行了研究，开辟了钢管混凝土拱与预应力系梁有机结合的新型结构，同 时，对钢管混凝土拱桥的结构新形式具有抛砖引玉的效果。 本文研究了带预应力系梁的钢管混凝土拱桥的施工工艺过程( 工序) ，在理 论计算的基础上，对原施工工序进行了适当的调整。由于清溪河大桥采用支架 施工，对支架的搭设、支架结构的强度、刚度和稳定性进行了计算和分析列论。 为了使成桥后有良好的线形，对钢管拱设置了结构制造预拱度和安装预拱 度，系梁设置了安装预拱度。在预拱度值有限元计算过程中，对钢管、混凝上 组合结构采用了三种模拟方法，通过比较分析后，采用钢管和混凝士分别作为 两种单元的计算模型，较好模拟了施工的过程。经计算，钢管拱和系梁的安装 预拱度采用相同的预拱值，施工过程中的挠度观测表明，钢管拱和系梁的所设 置的安装预拱值是合理的，有效地指导了施工。 列于满堂支架施工的结构，落架时机非常关键。本文经过理论计算，认为 选择在浇注钢管拱肋混凝土之前撤除支架为合理的落架时机，这真正体现了铡 管、混凝土这种组合结构( 材料) 的优势。系梁中的预应力钢索的张拉时机及 张拉质量是带预应力系梁的钢管混凝土拱桥施工的关键，根据分析认为，部分 预应力钢索在钢管拱肋混凝土浇注后、在拱腹板混凝土浇注前张拉较为合理。 计算分析表明，预应力索的张拉次序对本桥的线形影响较小，对于系粱和 拱肋内的混凝土的应力影响也较小，但对于钢系粱和钢管的应力分布有一定的 影响。 本文在施工工艺控制的同时，还进行了应力测试和线形测量。测试结果表 明，调整后的施工工艺是可行的，各控制截面的应力和变形与计算结果吻合较 好。 关键词：钢管混凝土拱桥预应力系梁施工工艺控制预拱度 线形控制应力测试 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t i no u rc o u n t r y , c o n c r e t e f i l l e ds t e e lt u b u l a ra r c hb r i d g e sh a v eb e c o m ean e w t e c h n o l o g yo f t h ed e v e l o p m e n to ft h ec o n s t r u c t i o no f b r i d g e si nr e c e n ty e a r s i th a s t h e m e r i t s o f l i g h t d e a d w e i g h t ，g r e a t i n t e n s i o n ，s t r o n gc a p a c i t yo f c o u n t e r - d i s t o r t i o n i tc a np r e f e r a b l yr e s o l v es o m ec o n t r a d i c t i o n ss u c ha st h em a t e r i a l sf o rc o n s t r u c t i n g b r i d g ea r es a v e ，f i x i n gw e t g h ti sl i g h t ，t h ec o n s t r u c t i o ni ss i m p l e ，w i t hg r e a tb e a r i n g c a p a c i t y i ti sa k i n do f m o r ei d e a ls t r u c t u r ef o r mo f l o n g - s p a na r c hb r i d g e s i no t h e rc o u n t r i e st h er e s e a r c h e sa n da p p l i c a t i o n sa b o u tc o n c r e t e f i l l e ds t e e l t u b u l a rs t r u c t u r eh a v eb e e nt a k e na b o u to n eh u n d r e dy e a r s b u ti no u rc o u n t r yt i l e r e s e a r c h e sh a v eb e e nt a k e ns i n c e1 9 5 0 s s i n c e1 9 9 0 s ，c o n c r e t e f i l l e ds t e e lt u b e ，a sa n e w s t y l ec o m b i n e dm a t e r i a l ，f o ri t sm e c h a n i c a lc a p a b i l i t yw a sv e r yf i tf o ra r c h s y s t e m a t i cb r i d g e s ，g o tb r o a da p p l i c a t i o na n d s w i f td e v e l o p m e n t t h et e x t ，w i t ht h ep r o j o c ti n s t a n c eo f q i n g x ir i v e rb r i d g ei nx i a n g f a n ，t a k e s r e s e a r c h e so nt h ec o n t r o lo f t h ec o n s t r u c t i o nc r a f to f c f s ta r c h b r i d g e i th a so p e n e d u pt h eo r g a n i z e dn e w t y p es t r u c t u r et h a tt h es t e e l t u b ec o n c r e t et oj o i nw i t ht h e p r e s t r e s s i n gf o r c er o o fb e a m ，m e a n w h i l e ，t h es t r u c t u r ef o r mi nt h ec o n c r e t e f i l l e d s t e e lt u b a l a ra r c hb r i d g eh a sr e s u l to f c a s t i n ga b r i c kt oa t t r a c t j a d e t h et e x ti st h es t u d yo nt h ec o n s t r u c t i o nc r a f tc o u r s e ( p r o c e s s ) o f t i l ec f s ta r c h b r i d g e 、v i mp r e s t r e s s i n gr o o fb e a m ，o n t h eb a s i so f c a l c u l a t i n gi nt h e o r y h a sc a r r i e d o np r o p e ra d j u s t m e n tt ot h eo r i g i n a lc o n s t r u c t i o np r o c e s s b e c a u s eq i n g x ir i v e r b r i d g ea d o p t s c o n s t r u c t i n g w i t h b r a c k e t s ，h o w t os e t u p t h e b r a c k e t s ；t h e c a l c u l a t a t i o na n d a n a l y s eo f t h ei n t e n s i t y ，r i g i d i t ya n d s t a b i l i t yo f t h es t r u c t u r eh a v e b e e nd o n e i no r d e rt o g e t a g o o d l i n ew h e nt h e b r i d g e i sb u i l t u pw es e tu pt h e s t r u c t u r e p r o d u c i n ga n df i x i n gp r e a r c ho f t h es t e e lt u b u l a ra r c h d u r i n gt h ee l e m e n t c a l c u l a t i n go ft h ep r e a r c h ，w ea d o p t3k i n d so fs i m u l a t i o nm e t h o d st oc o m b i n i n g s t r u c t u r eo ft h es t e e lt u b ea n dc o n c r e t e t r o u g hc o m p a r a t i v ea n a l y s i s ，t h em e t h o d t h a tr e g a r d i n gt h es t e e lt u b ea n dt h ec o n c r e t ea st w o e l e m e n t s ，w h i c hh a v et h es a n l e n o d e s ，c a l ls i m u l a t et h ec o n s t r u c t i n gp r o c e s sb e t t e r b yc a l c u l a t i n g ，t h es t e e lt u b u l a r l i 武汉理工大学硕士学位论文 a r c ha n dt h er o o fb e a mh a v et h es a m ep r e a r c h t h ed e f l e c t i o no b s e r v e di nt h e c o u r s eo fc o n s t r u c t i o n ，i n d i c a t et h a tt h ef i x i n gp r e a r c h e so ft h es t e e lt u b u l a ra r c h a n dt h er o o fb e a ma r er e a s o n a b l e ，w h i c hs u p e r v i s e st h ec o n s t r u c t i o n e f f e c t i v e l y t r o u 出t h e o r i c a lc a l c u l a t i o n ，w ec a ng e tt h a tc h o o s i n gt or e m o v et h eb r a c k e t s b e f o r ep o u r i n gt h ec o n c r e t e si nt h es t e e lt u b u l a ra r c hi sr e a s o n a b l e ，w h i c hw i l lr e a l l y r e f l e c tt h ea d v a n t a g eo ft h i sk i n do fc o m b i n i n gs t r u c t u r e ( m a t e r i a l ) o fs t e e lt u b e ， c o n c r e t e w h e nt od r a wt h ep r e s t r e s s i n gc a b l e sa n dt h eq u a l i t yo f i t ，t h a ti sc r u c i a lt ot h e c o n s t r u c t i o no fc f s ta r c hb r i d g ew i t h p r e s t r e s s i n gr o o fb e a m a c c o r d i n g t oa n a l y s i s d r a w i n gp a r t i a lp r e s t r e s s i n gc a b l e sa f e rp o u r i n gt h ec o n c r e t e si n c h o r dt u b e ，b u t b e f o r ep o u r i n gt h ec o n c r e t e si nt h e j o i n i n gp a n e l ，i sr e a s o n a b l e t h ec a l c u l a t i o na n da n a l y s es h o w st h a tt h eo r d e ro fd r a w i n gt h ep r e s t r e s s i n g c a b l e sh a sl i t t l ee f f e c to nt h el i n e ，s oh a st h es t r e s so fc o n c r e t e si nt h ea r c ha n dt h e r o o fb e a m b u ti th a sc e r t a i ne f f e c to nt h es t r e s sd i s t r i b u t i o no fs t e e lr o o fb e a ma n d s t e e lt u b e t h ep a p e rh a sa l s oc a r r i e do ns t r e s s t e s t i n ga n dl i n em e a s u r e m e n tw h i l et h e c o n s t r u c t i o nc r a f ti s c o n t r o l l e d t e s t i n g r e s u l t s i n d i c a t e ，t h e c o n s t r u c t i o nc r a f t a d j u s t e di sf e a s i b l e ，t i r es t r e s sa n dt h ed e f o r m a t i o no f e a c hc o n t r o ls e c t i o n sa c c o r d w i t ht h ec a l c u l a t i n gr e s u l t sb e r e n k e y w o r d s ：c f s ta r c hb r i d g e ；p r e s t r e s s i n gr o o fb e a m ；c o n s t r u c t i o nc r a f tc o n t r o l ； p r e a r c h ；l i n ec o n t r o l ；t h es t r e s st e s t i n g i i i 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 国内外钢管混凝土拱桥的发展状况 钢管混凝土具有强度高、塑性好等方面的性能，当拱桥跨度很人时，拱肋 将承受很大的轴向压力，采用钢管混凝土是十分合理的。钢管混凝土用作拱桥 的承压构件，在施工时空钢管不但具有模板和钢筋的功能，还具有加工成型后 空钢管骨架刚度大、承载能力高、重量轻的优点。 钢管混凝土拱桥( c o n c r e t ef i l l e ds t e e lt u b u l d ra r c hb r i d g e 简称为c f s t 拱桥) ，这种类型的拱桥在我国是方兴未艾的桥梁建筑发展的新技术，它具有自 重轻，强度大，抗变形能力强，施工方便，造型美观等优点。所谓钢管混凝土， 就是用混凝土填充薄壁圆型钢管而形成的组合材料。它具有如下特点： 强度高由于钢管对混凝土的径向约束( 套箍作用) 而限制了混凝土的 膨胀，有效地约束核心混凝土，使混凝土处于三向受力状态。从而使混凝二 二扩 压强度大大提高，根据试验，一般可提高1 5 3 倍，同时混凝土的塑性也得到 改善。因此，钢管混凝土非常适宜应用于偏心受压的拱式结构。 重量轻钢管一般采用薄壁钢板( 用于桥梁拱肋一般为8 1 6 m m ) 而成， 自重轻，特别是由钢管组成拱肋，一般是哑铃或空间格构断面，结构合理，抗 弯刚度大，故拱肋可以设计得轻擞纤秀，并向大跨度发展。另外，对于中承式、 下承式拱桥，钢管直径比混凝土拱肋小，可以少占桥面宽度。 施工方便钢管可以在工厂加工并预拼装，精度高、质量好、现场组 装容易。由于钢管本身就是钢筋，它兼有纵向主筋和横向箍筋的作用，故而比 钢筋骨架更为方便且节约钢材：同时，钢管本身既是模板，又是支架。在钢管架 立后，可直接由拱脚向拱顶灌注混凝土，达到强度后形成组合断面共同受力。 省去立模、拆模的人工和材料，使施工进度快、建设工期短。 由于钢管混凝土具有上述优点，所以在桥梁工程中得到广泛应用。特别是 用作以偏心受压为主的拱桥的拱肋结构是十分合理的结构形式。早在j = 叫卜年代， 美国在房屋建筑，前苏联在桥梁中，已经应用了钢管混凝士，1 9 3 7 年，前苏联 在列宁格勒用集束小直径钢管混凝土做拱肋建造了跨径为1l o m 的跨越涅瓦河 的拱梁组合桥；1 9 3 9 年，前苏联有建造了位于西伯利亚n c e t b ，跨度达1 4 0 m 的 武汉理工大学硕士学位论文 上承式钢管混凝土桁肋铁路二铰拱桥。以后又出现了曾创下i j ；! ：界记录的跨度为 3 9 0 m 的前南斯拉夫k r k 大桥。近年来修建的钢管混凝土拱桥有：日本1 8 0r n 的 青叶大桥，法国昂特那斯( a n t r e n a s ) 钢管拱桥，捷克共和国横跨布尔诺一维也 纳高速公路的钢管混凝土拱桥等。国家受到重视并应用于r 房、高层建筑、立 交桥梁等结构。我国从五十年代开始研究钢管混凝土，并于1 9 6 3 年曾用于北京 地铁车站中。 我国钢管混凝土拱桥的工程应用开始于9 0 年代。1 9 9 0 年在四川1 省旺苍县首 先用缆索吊装、无支架施工法建成跨度1 1 5 m 的我国第一座钢管混凝t ：拱桥以 来，短短数十年问，钢管混凝土拱桥如雨后春笋，在全国各地兴建。据不完令 统计，从1 9 9 0 到1 9 9 4 年间，己建和在建的钢管混凝土拱桥达2 0 多座，到1 9 9 7 年达4 0 多座，到1 9 9 8 年则己达到6 0 多座，其中跨度l o o m 以上的有3 0 座，其 发展速度之快，为中外建桥史所罕见。其中，重庆市万县长江公路大桥跨度达 4 2 0 m ，是混凝上大跨度拱桥的世界之最。到目前为止，据不完全统计，已建和 在建的钢管混凝土拱桥已有1 0 0 多座，例如：湖北秭归青r 河大桥( 主跨2 5 6 m ) 、 湖北武汉江汉三桥( 主跨2 8 0 m ) 、广东广州丫髻沙大桥( 主跨3 6 0 m ) 等。主跨 跨径从2 0 m 已经发展到4 0 0 m 以上。 1 2 钢管混凝土拱桥分类 下木式系杆拱矫l 母式戈搜拱轿 中承式秉扦抉蛳fe 岛式j中履式无锻拱桥 图卜1 钢管混凝土拱桥分类 目前我国己建和在建的大跨度钢管混凝土拱桥有下承式系杆拱桥、中承式 系杆拱桥( 飞鸟式) 、上承式无铰拱桥和中承式无铰拱轿四大类型( 图卜1 ) 。拱 2 武汉理工大学硕士学位论文 肋截面主要包括双管组合肋( “哑铃”型) 、四管组合肋、三管和六管组合肋等 几种。如图卜2 。 令一南器誉 御单t 。却i 式。f c ，柬 霉豆强嵌 d ) 曩晰驸 旧格格式 图卜2 拱肋主要截面 1 ，3 国内拱桥建设的主要施工方法 我国建造的拱桥不论从数量、类型，还是从跨度( 除钢桥外) 均居世界首 位。所以，从施工实践中，积累了丰富的施工经验，既全面，又先进。拱桥施 工方法般分为有支架和无支架二类，拱架施工法( 转体施工法有的亦需利用 支架) ，属第一类，其余施工方法则均属于无支架施工法。具体的划分，目前国 内常用的拱桥施工方法主要有如下几种： 1 ) 拱架施工法 ，! i ! j i l ! ! 一 图l 一3 沅水大桥施工示意图 3 武汉理工大学硕士学位论文 这是最古老的施工方法，过去多利用竹木材料搭设满堂式支架，建造小跨 径拱桥，现在则利用贝雷架或扣件式钢管作为支拱架，如湖南省用单层贝雷拱 架并辅以斜拉扣挂加劲，于1 9 8 9 年建成跨径1 3 3 m 的缆子湾沅水大桥，施工拱 架如图1 3 所示。 贵州省也利用扣件式钢管脚手架作为拱桥支拱架，建成跨度l l o m 的拱桥。 国内正在建造的月河大桥，是主跨1 4 6 m 的石拱桥，其施工拱架采用万能杆件和 木排架拼组而成( 见图l 一4 ) 。 t 每 ， 吐 年 1 碍 图1 4 钢支架结构 5 叶l 2 ) 悬臂扣挂法 这种施工方法利用塔架悬臂拱段( 悬拼或悬浇) ，直至合扰。我国一般采用 3 5 段悬拼，个别多至9 段，而且广泛用于多孔。其中采用本法施的最大跨径 的是四川宜宾马鸣溪桥，1 9 7 9 年建成，跨径1 5 0 m ，吊重7 0 0 k n 。 3 ) 悬臂桁架法 这种施工方法是将拱圈、立柱、临时或永久的斜拉杆和上弦杼组成桁悬臂 拼装，直至合拢。1 9 8 5 年修建的贵州江界河桥，为主孔跨径3 3 0 米的钢筋混凝 土桁架式组合拱桥，就是用钢人字桅杆作吊机，把预制构件进行悬拼，其最人 吊重1 2 0 0 k n 。 4 ) 转体施工法 转体施工法是在桥址现场各施工半个拱圈，然后绕拱座作水平或竖直的旋 转直至合拢。国外只有竖转，平转为我国首创。如广州市丫髻沙大桥，该桥的 4 武汉理工大学硕士学位论文 主桥桥跨7 6 m + 3 6 0 m + 7 6 m ，桥宽3 2 4 m ，采用岸上立架拼装拱肋，然后竖转加甲 转，合拢成拱的先进工艺方法施工。这在国内建桥史上尚无先例，在i 世界桥梁 建造中堪称罕见，其转体施工主要参数如下： 转动体结构几何尺寸：长2 5 8 7 1 m 宽3 9 4 m 高8 6 2 8 5 m ： 平转角度：广氮岸( 9 # 墩) 1 1 7 1 1 1 7 沙贝岸( 1 0 # 墩) 9 2 2 3 3 3 ： 转盘环道中心直径：3 3 m 宽1 1 m ： 平转结构总重：1 3 6 8 5 t ： 索塔高：6 3 4 3 8 m 。 5 ) 劲性骨架法 术方法先把型钢制作成拱肋骨架节段，利用悬拼法把骨架合拢成拱，然后 浇筑混凝土形成拱圈。四川万县长江大桥军旷西氍江大桥都是采用半劲性骨架 结合斜拉扣挂悬拼法施工。图1 5 为广西邕江大桥施工示意图。 图l 一5 广西邕江大桥施工示意图 6 ) 拱肋整体吊装法 这是一种简捷的施工方法，采用本方法要求有满足吊装能力的起重设备和 预制( 含吊装) 场地。本方法是先将单根( 片) 拱肋预制完成后运到吊装现场，整 体起吊，安装合拢。 广州1 解放大桥就是在国内钢管砼系杆拱桥首次采用这种施工方法。 1 4 工程概况 清溪河大桥和开封峪大桥地处湖北省襄樊市保康县境内，3 1 6 国道( 襄丌线) 上的两座大桥，其上部结构均为带系杆的下承式钢管混凝士拱( 主跨分别为9 0 m 武汉理工大学硕士学位论文 和7 0 m ) 。采用单跨过河，为刚性拱肋和刚性系梁。桥面载荷通过横梁作用于系 杆，并传递至吊杆和拱肋，拱肋是主要受力构件之一，拱轴线为二次抛物线， 清溪河大桥计算跨径、矢高和矢跨比分别为9 0 m 、1 5 m 、1 6 ，拱肋为哑铃型钢 管混凝上，钢管内及钢板所围空间均填充c 5 0 混凝士。钢管拱的架设采用满堂 支架拼装的施工工艺方案。 1 5 研究项目的提出、目的和意义 带预应力系梁的钢管混凝土拱桥在中小型( 特别是：5 0 m 跨径 1 0 0 m ，简支 梁桥难以达到，其它桥型又不经济的结构) 桥梁的建设中是经济、合理、美观 的结构，它与其它类似的下承式钢管拱桥的结构与施工相比，具有2 个显著的 特点：一、在钢管拱的两拱脚处用系梁连接，系梁为预应力混凝土结构，从力 学理论分析，这种结构的内约束是超静定的，外约束仍属简支梁结构。它既具 有简支梁的优点，而跨径比简支梁大得多，结构受力更加合理。但是，桥梁在 施工过程中，结构的应力、变形与施工的技术水平和质量控制密切相关：二、 钢管拱的架设问题，对于中小型( 主跨 15 ，3 4 k n 不会发生斜撑受压失稳。 2 ) 栈桥在门式吊车对称荷载作用下( 工况2 ) 的挠度和内力 门式吊车重7 0 0 k n ，暂作为两个集中荷载，作用于i 、i v 列的贝雷架上， 以最不利考虑，计算该集中荷载作用于栈桥中部第9 排、第列的管桩顶( t 况 2 - 1 ) 和第9 、1 0 排管桩间的第列贝雷架中点( 工况2 2 ) 。计算结果列于表23 、 24 。 表23 工况2 - 1 的挠度和轴力、弯矩最大值 钢管桩贝雷架钢斜撑 i 挠度m m 轴力k n弯矩k n m轴力k n弯矩k n i l l拉力k n轴力k n i 1 3 5 03 0 4 47 9 8 91 5 8 15 4 4 ，01 5 1 l 表2 4 工况2 - 2 的挠度和轴力、变矩最大值 钢管桩贝雷架钢斜撑 | 挠度m m 轴力k n弯矩k n n l轴力k n弯矩k n m拉力k n轴力k n 1 3 4 5 3 0 3 17 9 2 11 5 8 22 2 2 51 5 1 6 类似于工况1 的分析，有如下结论： ( 1 ) 挠度仍小于1 5 m m ，不影响钢管拱定位。 ( 2 ) 管桩满足强度和稳定性要求。工况2 1 是门式吊车重量直接施加于管桩 上，应该引起此管桩轴压力增大近3 5 0 k n ，为何最大管桩压力与自重时的工况1 变化不大呢? 这是由于承受吊车外载的管桩与最大轴力的桩并非同一根桩，前 者在自重时轴力仅为一2 0 5 7 k n ，由于贝雷架、斜撑杆可将外载向四周的构件传 递，承受吊车外载管桩的轴压力增大，亦远小于3 5 0 k n ，此管桩在：【：况2 - l 时 仅为一1 3 0 4 k n ，不是最大的轴力。 武汉理工大学硕士学位论文 ( 3 ) 贝雷架的最大弯矩，对于工况2 1 和2 2 分别达5 4 4 0 和2 2 2 5 k n m 。 工况2 1 的最大弯矩，出现在与承载管桩连接的双排管桩间】5 m 长的贝雷架单 元，比自重时增大了近2 8 倍。但对其强度和稳定性，l 爿无构件尺寸无法讨论。 ( 4 ) 斜撑的最大轴向压力，与工况1 变化不大，满足强度、稳定性要求。 3 ) 栈桥在吊车和偏载作用下( 工况3 ) 的挠度和内力 设存在5 0 0 k n 的偏载，以模拟一侧的拱圈吊装过程。此时，吊车将以3 5 0 k n 和8 5 0 k n 作用于第9 排外侧管桩顶( 工况3 1 ) 、管桩间的贝雷架中部( i 况32 ) 和自重时最大轴力管桩附近( 工况3 3 ) 。其计算结果列于表2 - 5 、2 - 6 和27 。 表2 - 5 工况3 1 的挠度和轴力、弯矩最大值 l钢管桩贝雷架钢斜撑 i 挠度m r 轴力k n弯矩k u m轴力k n弯矩k n m剪力k n轴力k n l 1 3 8 73 1 1 68 1 0 61 5 2 08 4 9 03 9 4 31 5 3 3 表2 - 6 工况3 2 的挠度和轴力、弯矩最大值 钢管桩贝雷架钢斜撑 l 挠度t o n i 轴力k n弯矩k n m轴力k n弯矩k n m剪力k n 轴力k n l i 3 8 43 0 9 98 0 3 21 5 2 05 0 3 83 9 4 31 5 3 3 表2 7 工况3 3 的挠度和轴力、弯矩最大值 钢管桩贝雷架钢斜撑 l 挠度姗n 轴力k n弯矩k n m轴力k n弯矩k n m剪力k n轴力k n i 1 3 5 72 9 7 97 7 4 51 6 3 39 3 3 65 5 2 91 4 7 9 分析： ( 1 ) 挠度仍很小，吊车移动将不影响钢管拱圈的定位。 ( 2 ) 管桩最大轴力变化不大，满足强度和稳定性要求。 ( 3 ) 贝雷架的弯矩最大己达9 3 3 6 k n m ，比自重时增大4 8 倍，最大剪力电 有5 5 2 9 k n ，是一个相当可观的量，故需根据贝雷架的具体结构尺寸，校核弯、 剪联合作用下的强度问题。 ( 4 ) 斜撑杆仍满足强度、稳定性要求。 4 ) 钢拱圈、横系梁拼装成形后荷载作用下( 工况4 ) 的挠度和内力 主拱圈和横系梁总重为3 6 1 0 k n ，将作用于栈桥。为简单训，按平均的线荷 1 4 武汉理t 大学硕士学位论文 载，根据横向贝雷架的间距，折算成集中力作用于i 、i i 列和1 1 i 、l v 列管桩之 问的贝雷架的中点上。其各行贝雷架作用力的值见表28 ，最大挠度和轴力、 弯矩计算结果列于表2 - 9 。 表2 - 8 单边各贝雷架上的集中荷载 l 贝雷架序号 123 1 61 71 8 荷载k n 5 5 51 5 4 o9 9 01 5 4 o5 55 表2 - 9 工况4 的挠度和轴力、弯矩最大值 钢管桩贝雷架钢斜撑 挠度m m 轴力k n弯矩k n n l轴力k n弯矩k n rl 剪力k n拉力k n轴力k n 【1 0 6 3 2 3 4 32 1 1 52 8 6 22 0 0 65 8 1 l5 9 9 71 1 4 3 分目i ： ( 1 ) 挠度仍很小，将不影响钢管拱圈和横系梁的拼装和焊接的定位。 ( 2 ) 管桩最大轴力变化不大，但弯矩有了较大的增加。弯矩最大的管桩的轴 力为一1 7 4 2 k n ，最大轴力与最大弯矩并非在同一管桩中发生。弯矩、轴力联合作 用下的管桩应力为1 4 1 9 1 6 m p a ，即： 1 7 4 2 k n o 叭3 m 2 + 2 1 1 5 k n m 0 2 6 2 5 m 4 3 2 1 04 m = 1 4 1 9 1 5 6 k p a 仍可满足强度和稳定性要求。 ( 3 ) 贝雷架的最大弯矩值与栈桥自重时相当接近，此时弯矩较大的是u 、i u 管桩之间的横向贝雷架，并且各贝雷架的弯矩较均匀，均在1 9 1 2 1 1k n m 之 间。此工况的贝雷架强度问题，显然没有工况3 时突出。 ( 4 ) 斜撑有部分已处于受拉，仍满足强度、稳定性要求。 根据以上的计算和分析，对贝雷架和吊车的设计和施工提出如下建议，供 业主和施工单位参考： ( 1 ) 本计算是将门式吊车和偏载按集中荷载作用于纵向贝雷架，从而产生较 大的弯矩和剪力。为避免上述现象，建议门式吊车的底架宽度要大于最长架单 跨贝雷架的长度9 m ，并采用多个滚动轮，使吊车和起重物的重量均匀地分布于 轨道( 贝雷架) 上。 ( 2 ) 增强贝雷架和管桩的连接，并保证纵横向贝雷架之间的整体性，建议其 连接处采用加筋焊接。因为整体的贝雷架可以通过其弯曲变形，将局部荷载传 武汉理工大学硕七学位论文 递至周围的构件，以减少局部的应力集中现象。 2 3 支架的搭设 在如图2 3 、2 4 所示位置搭设支架，搭设支架时应根据加载后支架的变形， 设置预拱度，支架高程按第4 章的。搭设完毕后要进行预压7 2 小时左右以确保 支架的稳定性，监控结果表明支架稳定性达到要求才可以进行下一步施工。表 2 一1 0 ，2 - 1l 为支架预压和卸载的实测数据。 表2 - 1 0 支架预压观测表 测量部位支架预压，支架沉降观测点 预压1 2 0 吨，加载完成，持荷时间近7 2 小时，支架沉降观测 测量工况 点测量。 当前相对累计 贝雷 测点测点截面预压前 工况前工况支架 粱号 变化量沉降量 编号及位置高程m高程m mn la l 第一跨中 2 2 2 8 5 32 2 2 8 5 4ll la 一2桩头处2 2 2 8 6 32 2 2 ，8 6 4 i1 1a - 3第二跨中2 2 2 8 6 l2 2 2 8 6 544 la 一4桩头处2 2 2 8 5 l2 2 2 8 5 01 】 1a 一5加载跨1 3 处2 2 2 8 3 62 2 2 8 3 06- 6 la 一6加载跨2 3 处2 2 2 8 3 62 2 2 8 2 97- 7 la 一7桩头处2 2 2 8 4 62 2 2 8 4 42- 2 ia 一8第四跨中2 2 2 8 5 22 2 2 8 5 lll la9桩头处2 2 2 8 5 32 2 2 8 5 2一ll la 一1 0第五跨中2 2 2 8 4 92 2 2 8 4 8一l一1 1a 一1 1桩头( 贝雷横梁处)2 2 2 8 3 92 2 2 8 3 8一l一1 1a 1 2第六跨中2 2 2 8 3 92 2 2 8 3 8ll 2b l第一跨中2 2 2 8 5 02 2 2 8 5 l1l 2b2桩头处2 2 2 8 6 32 2 2 8 6 522 2b 一3第二跨中2 2 2 8 5 52 2 2 8 5 833 2b 一4桩头处2 2 2 8 5 32 2 2 8 5 3o0 2b - 5加载跨1 3 处2 2 2 8 4 32 2 28 3 21 1一l l 2b - 6加载跨2 3 处2 2 2 8 3 72 2 2 8 2 51 21 2 1 6 武汉理工大学硕士学位论文 2b7桩头处2 2 2 8 4 52 2 2 8 4 41l b 一8第四跨中2 2 2 8 4 52 2 2 8 4 833 2b 一9桩头处2 2 2 8 4 92 2 2 8 4 90o b l o第五跨中2 2 2 8 5 l2 2 2 8 4 922 2b l l桩头( 贝雷横梁处)2 2 2 。8 4 52 2 2 8 4 5oo 2b 一1 2第六跨中2 2 2 8 4 82 2 2 8 4 622 3c 一1第一跨中2 2 2 8 4 92 2 2 8 5 l22 3c 一2桩头处2 2 2 8 5 82 2 2 8 6 022 3c 一3第二跨中2 2 2 8 5 42 2 2 8 5 955 3c - 4桩头处2 2 2 ，8 4 82 2 2 8 4 9l1 3c 一5加载跨i 3 处2 2 2 ，8 3 92 2 2 8 2 7一1 21 2 3c 一6加载跨2 3 处2 2 2 ，8 3 52 2 2 8 2 21 3一l3 3c7桩头处2 2 2 8 3 62 2 2 8 3 5一lj 3c 一8第四跨中2 2 2 8 4 52 2 2 8 4 722 3c 9桩头处2 2 2 8 5 12 2 2 8 5 0一i 1 3 1 0第五跨中2 2 2 8 5 12 2 2 8 5 100 3c - 1 l桩头( 贝雷横梁处)2 2 2 8 5 32 2 2 8 5 12- z 3c1 2第六跨中2 2 2 8 4 72 2 2 8 4 611 4d l第一跨中2 2 2 8 4 72 2 2 8 5 144 4d 一2桩头处2 2 2 8 6 l2 2 2 8 6 lo0 4d 一3第二跨中2 2 2 8 5 52 2 2 8 5 944 4d 一4桩头处2 2 2 8 5 12 2 2 8 5 0一lj 4d 一5加载跨i 3 处2 2 2 8 3 72 2 2 8 2 899 dd6加载跨2 3 处2 2 2 8 3 32 2 2 8 2 0一j3一1 3 哇d 一7桩头处2 2 2 8 3 82 2 2 8 3 7一ll 4d - 8第四跨中2 2 2 8 4 32 2 2 8 4 4ll 4d 一9桩头处2 2 2 8 4 92 2 2 8 5 01l 4d 一1 0第五跨中2 2 2 8 5 42 2 2 8 5 2 22 唾d1 l桩头( 贝雷横梁处) 2 2 2 8 5 52 2 2 8 5 322 4d1 2第六跨中2 2 2 8 5 32 2 2 8 5 033 5e 一1第一跨中 2 2 2 8 5 02 2 2 8 4 9一ll 5e - 2桩头处2 2 2 8 5 92 2 2 8 6 0l1 5e 一3第二跨中 2 2 2 8 5 62 2 2 8 6 044 5e ，4桩头处2 2 2 8 4 02 2 2 8 2 91 1 1 1 5e 一5加载跨i 3 处 2 2 2 8 3 62 2 2 8 2 51 11 1 武汉理工大学硕士学位论文 5e 6 加载跨2 3 处2 2 2 8 4 02 2 2 8 3 5- 5r 5 5e7 桩头处2 2 2 8 9 62 2 2 8 9 6oo 5e 一8第四跨中 2 2 2 8 4 52 2 2 8 4 6ll 5e 一9 桩头处2 2 2 8 4 92 2 2 8 5 122 5e l o 桩头( 贝雷横梁处)2 2 2 8 5 22 2 2 8 4 933 5e 一1 1第六跨中2 2 2 8 4 7 2 2 2 8 4 522 6f 一1 第一跨中2 2 2 8 5 32 2 2 8 5 522 6r2 桩头处2 2 2 8 5 72 2 2 8 5 8l1 6f 一3 第二跨中2 2 2 8 5 62 2 2 8 6 044 6f 一4 桩头处2 2 2 8 5 42 2 2 8 5 5ll 6f 一5 加载跨i 3 处2 2 2 8 4 22 2 2 8 3 5- 7 7 6f 一6 加载跨2 3 处2 2 2 8 3 62 2 2 8 3 066 6f7 桩头处2 2 2 8 4 32 2 2 8 4 41l 6f 一8第四跨中 2 2 2 8 4 42 2 2 8 4 62 2 6f 一9 桩头处2 2 2 8 4 82 2 2 8 4 8o0 6f l o 第五跨中2 2 2 8 4 92 2 2 8 5 0l1 6f1 1 桩头( 贝雷横梁处) 2 2 2 8 4 62 2 2 8 4 5 1j 6f 一1 2 第六跨中2 2 2 8 4 62 2 2 8 4 5l 1 表2 一1 1 支架预压卸载观测表 测量部位支架预压，支架沉降观测点 测量工况卸载，支架沉降观测点测量 当前相对累计 贝雷 测点测点截面预压前 1 ：况前工况支架 梁号 变化量沉降量 编号及位置高程m高程m m m la l第一跨中2 2 2 8 5 32 2 2 8 5 4 2 2 2 8 5 4l 1a 一2 桩头处2 2 2 8 6 32 2 2 8 6 22 2 2 8 6 21 la 一3 第二跨中 2 2 2 8 6 12 2 2 8 6 1 2 2 2 8 6 10 la 一4桩头处2 2 2 8 5 1 2 2 2 8 5 12 2 2 8 5 l0 1a5 加载跨1 3 处2 2 2 8 3 62 2 2 8 3 72 2 2 8 3 71 1a - 6 加载跨2 3 处 2 2 2 8 3 6 2 2 2 8 3 62 2 2 8 3 60 la - 7 桩头处2 2 2 8 4 62 2 2 8 4 62 2 2 8 4 6o la 一8第四跨中2 2 2 8 5 22 2 2 8 4 9 2 2 2 8 4 93 1a 一9 桩头处2 2 2 8 5 32 2 2 8 5 22 2 2 8 5 2一l la l o第五跨中2 2 2 8 4 92 2 2 8 4 6 2 2 2 8 4 63 1a 1 1 桩头( 贝雷横梁处) 2 2 2 8 3 92 2 2 8 3 82 2 2 8 3 8 1 1 8 武汉理工大学硕士学位论文 la 一1 2第六跨中2 2 2 8 3 92 2 2 8 3 72 2 2 8 3 7 “2 2b1第一跨中2 2 2 8 5 02 2 2 8 5 2 2 2 2 8 5 22 2b 2桩头处2 2 2 8 6 32 2 2 8 6 3 2 2 2 8 6 3o 2b 一3 第二跨中2 2 2 ，8 5 52 2 2 8 5 52 2 2 8 5 50 2b 一4桩头处2 2 2 8 5 32 2 2 8 5 4 2 2 28 5 4i 2b 一5加载跨1 3 处 2 2 2 ，8 4 32 2 2 8 4 12 2 2 8 4 l2 2卧6加载跨2 3 处2 2 2 ，8 3 72 2 2 8 3 6 2 2 2 8 3 61 2b 一7桩头处2 2 2 8 4 5 2 2 2 8 4 42 2 2 8 4 41 2b 一8第四跨中2