大体积混凝土拱肋支架方案及有限元验算

大体积混凝土拱肋支架方案及有限元验算摘要：汽博大桥为六跨中承式飘带形提篮拱桥，其拱肋采用矩形钢拱，拱座及拱肋底部则由大体积混凝土构成，混凝土拱脚的定位准确性决定了钢拱肋安装的准确度，可以说混凝土拱肋施工是全桥的重点工序，其施工的支架方案显得尤为重要，本文就其支架方案及验算展开研究，并由计算结果表明：该桥的混凝土拱肋支架施工方案合理，受力满足规范要求，为今后类似桥型混凝土支架方案提供指导意义。关键词：拱桥；混凝土；支架；有限元Abstract:steamBoBridgesixspanssupportingribbon-shapedbaskethandlearchbridgeRibrectangularsteelarch,skewbackarchribatthebottombythelargevolumeofconcreteconstitutethepositioningaccuracyoftheconcretearchfootsteelarchribsInstallationaccuracycanbesaidconcreteribconstructionisthefocusofthewholebridgeprocessthebracketitsconstructionprogramisparticularlyimportant,studyitsstentprogramandchecking,bythecalculatedresultsshowthat:thebridgesconcretearchribbracketconstructiontheprogramreasonableforcetomeetregulatoryrequirements,toprovideguidanceforfuturesimilarbridgetypeconcretestentprogram.Keywords:archbridge;concrete;bracket;finiteelement中图分类号：TU7文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）1工程概况沈阳市浑河汽博桥为跨浑河的一座大桥，工程位于浑河城市段上游，鸟岛东侧，桥位处水面宽约680米。主桥布置为六跨中承式飘带形提篮拱桥，主桥跨径为：35+84+120+88+68+35m=430m；北岸引桥为一联长535175m；南岸引桥为两联435+435280m，引桥总长455m，桥宽32m。2支架方案2.1混凝土浇筑顺序考虑该混凝土段在后期在钢拱安装过程中及成桥后所受应力均较大，为保证混凝土浇筑外观美观，施工中要尽量减少施工缝，此段混凝土施工中拟分一下三次浇筑：（1）第一期混凝土浇筑至预应力最低高程处，考虑在本段混凝土内设预应力钢束，在顶部设钢混结合段，因此在混凝土拱肋内设劲性骨架做为预应力筋和顶部结合段钢拱的定位内架。（2）第二期浇筑至拱间横梁处，施工拱间横梁、纵梁。（3）第三期浇筑至钢混结合段混凝土的理论分界线处。2.2支架布置形式混凝土拱肋的模板支设、混凝土浇筑后湿重状态下要保证刚度及稳定性，采取在混凝土拱肋的背侧用满堂支架支撑背侧钢模板，背侧钢模板测量定位完成后施工钢筋、预应力绑扎等工序。支架方案分拱肋横桥向内侧及纵桥向外侧布置：2.2.1拱肋横桥向内侧预埋钢筋：在拱座处预埋底脚钢筋，防止底脚模板产生位移。模板：采用1.20.9m定型钢模板，竖向铺设。横向木方：模板下横桥向铺设99方木，间距30cm铺设。纵向木背楞：横方下采用1215方木按17角斜向支设，竖向间距60cm。支架：采用满堂碗扣式支架，设顶、底托，间距60cm，横桥向用53mm，t3.5mm钢管45角斜向支撑，与对侧支架同时搭设，以消除混凝土浇筑时的横向水平推力。对拉螺栓：采用18钢筋穿墙对拉，6060cm布设，双螺帽固定，保证内外侧横板线型。2.2.2拱肋纵桥向外侧模板：采用1.20.9m定型钢模板，竖向铺设，曲线部分采用背侧丝杆拉紧成型。模板后背横方：采用99木方，30cm间距横向铺设。竖向木背楞：横方下采用1215方木设计线型铺设，竖向间距60cm。找形方木：在竖向木方下顶托上采用1215方木与竖向方木结合，找出曲线线型。支架：采用满堂碗扣式支架，设顶、底托，间距60cm，横桥向用53mm，t3.5mm钢管45及60角斜向支撑，与顺方横、竖、斜向支顶。在斜向支顶的根部设限位预埋筋，防止支架横向位移。对拉螺栓：22钢筋穿墙对拉，设40穿墙塑料套管，6060cm布设，双螺帽固定，用于消除侧水平推力以减小竖向分力。2.3支架预压预压采用塑料编织袋内装豆石进行模拟压重,每袋重1.5t,受成本和场地限制,可采取分节段进行预压。压载及卸载时按要求进行报验并观测记录下沉量,消除支架及地基的非弹性变形并测出弹性变形,观测时需注意在梁顶观测点对应位置处的地基面上设置观测点对地基沉降进行观测1。当沉降速率小于1mm/d时,开始卸载。预压荷载卸除后,通过观测数据对拱底标高和线形进行重新调整,并抽查扣件松紧情况2。3支架设计计算3.1支架反力3.1.1一期混凝土建立混凝土模型，弹性模量取10-3MPa，下部节点边界条件限Dx、Dy、Dz，未限Rx、Ry、Rz，上侧立方限定：横桥向限Dz、Dy以求得横桥向与竖向分力，纵桥向限Dx、Dz得纵桥向与竖向分力，混凝土节点与方木节点采用弹性连接（一般），计算出每个节点的分力。拱肋一期MIDASCICIL计算模型见图1：图1MIDAS/Civil拱肋一期计算模型图采用简化模型，按中间节段最不利荷载考虑，木方受均布荷载15KN/m，节点反力图及加载后计算模型见下图2、3：图2节点反力图3加载后计算模型边界条件：中间钢管支架限Dz，两侧限Dx、Dy、Dz的位移。按此方法计算最大反力为12KN，存在于混凝土拱肋根部位置，其余均小于12KN，满足施工要求。3.1.2一期以上混凝土二期混凝土浇筑时，第一期混凝土浇筑完成在10天以后，弹性模量取正常值，上部混凝土的弹性模量与一期计算取同值。计算模型简图4及支点反力图5如下：图4二期计算模型简图图5支点反力侧向支架要求由7根竖向方木支撑，查内力表最大反力28.55/7=20.4KN3.2支架位移最大位移为1.74mm，存在于混凝土拱肋中上部，为木方的挠度，支架位移图如图6。图6支架位移图3.3支架应力（1）钢管架：最大应力为174MPa，为最底端横向支架，因此在拱座混凝土时需在外侧预埋钢筋2560cm，99cm方木锁根以抵消混凝土浇筑时的横桥向分力，钢管架应力图及局部应力图如下。图7支架应力图图8局部应力图（2）纵向木方：根部的应力最大，为6.8MPa，纵向木方应力图如图9。图9纵向木方应力图根据以上计算结果，均满足施工要求。3.4地基承载力按最不利时支架最大反力28KN计算，地基结构为原土碾压，0.5m厚山皮土，0.2m厚C20混凝土，碗扣支架底托为0.150.15m，P28/0.55/0.55=92.6KN，考虑斜杆的地基荷载叠加，要求地基承载力达到20T。4结语结合正在建的汽博大桥的混凝土拱脚支架方案，利用有限元计算程序MIDAS/Civil对支架有限元计算分析，对支架反力、位移、应力及地基承载力进行验算，计算结果表明支架方案合理，均满足施工要求，对最低端横向支架应力较大位置也采取外侧预埋钢筋来抵消横桥向分力的措施予以改善，因此可以按照预定支架方案进行混凝土浇筑，同时，如今汽博大