多肋钢桁架拱桥合拢技术的探讨

摘要:通过对多肋钢桁架拱桥不同合拢方式的分析比较,得出了在不同温度的影响下,采取不同的合拢方式成拱后的位移、内力以及弯矩是不同的,因此,合理的合拢方案有助于提高桥梁的线形,改善主拱肋的受力。

Abstract: Through the analysis of the multi-rib steel truss arch bridge and comparison of different closure methods, it obtained that under different temperatures, the closure ways after the displacement, internal forces and moments are different. Therefore, reasonable closure programs are helpful to improve the bridge's alignment and the force of main arch ribs.

关键词:合拢;大跨度拱桥;轴力;弯矩;位移

Key words: closure;large span arch bridge;axial force;moment;displacement

中图分类号:U44文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)12-0024-02

0引言

大跨度拱桥是一个典型的自架设体系桥梁,从节段安装到桥梁合拢,是实现体系转换、完成桥梁施工的重要环节,实践表明,选择合理的合拢方案有助于提高桥梁的线形,改善主拱肋的受力,因此,确定一种合理的合拢方案是十分关键的。

1工程概况

大宁河特大桥是国家重点公路杭州至兰州线重庆巫山至奉节段高速公路上的一座特大桥。大桥位于三峡风景区、长江支流大宁河入长江附近,横跨大宁河,全长682m,起点桩号K30+372,终点桩号K31+054。主跨为净跨400m的钢箱桁架上承式拱桥,主拱净矢高80m,矢跨比1/5,拱轴系数m=1.9。宜昌岸引桥为5×30mT梁,万州岸引桥为3×30mT梁,桥面净宽为24.5m。

大宁河特大桥主跨由三片桁式拱肋组成,拱肋上下弦杆之间的中心距离为10m,腹杆、横联、平联等杆件采用焊接工字钢,弦杆与腹杆连接成整体式节点。上、下弦杆为1.5m(高)×1.0m(宽)的钢箱截面,内设纵向加劲肋。

拱肋节段从拱脚到拱顶划分为9个节段,大宁河大桥主拱设计合拢段为第十节段,设计尺寸为:上弦长400cm,下弦长500cm,制造时两端预留30cm余量。为方便吊装施工,合拢段制造时均制成单根构件,现场采用逐根安装就位。整个合拢段构件数量为36件,其中上弦杆3件、下弦杆3件,拱桁腹杆9件、横向联系杆件12件,交叉腹杆6件。下弦杆单件重12102kg,上弦杆单件重11992kg,其余杆件单件重量为855～3664kg。全桥共57个节段,最大节段吊装重量为162t。

2合拢施工准备工作

2.1 合拢前拱肋线形测量拱肋第九节段安装完成后、合拢前,对拱肋各安装节段端部标识点的拱肋高程和轴线进行准确测量,与监控理论值进行对比,检查线形的吻合程度。

2.2 拱肋悬臂端由于温度变化产生的位移的测量拱肋合拢前,进行不小于24小时的温度影响观测。将测量数据绘制成能反映升温和降温过程的“温度-各桁片悬臂端位移“关系曲线,为拱肋合拢提供温度修正依据。

2.3 合拢段长度观测拱肋合拢前,需要实际观测各桁片悬臂端位移及合拢段长度与温度的关系,仔细观察测量并记录数据。根据预定的合拢时间、预测的合拢温度,确定合拢段长度,裁切合拢段余量。合拢口长度,现场采用钢尺对三片拱桁的上下弦杆件的合拢段长度分别精确量测,各根弦杆的四周均要量测,以便准确切割合拢段余量。

3合拢方案的比选

考虑到温度变化对合拢主拱线形的影响,并结合合拢过程中应力、弯矩的大小以及施工的方便性,提出了以下两种合拢方案:

方案一:上游-下游-中间

施工顺序:①合拢上游下弦,竖腹杆,上游上弦;②合拢下游下弦,竖腹杆,下游上弦;③合拢中间下弦,竖腹杆,中间上弦;④合拢段剩余横联。

方案二:中间-上游-下游

施工顺序:①合拢中间下弦,竖腹杆;②合拢上游下弦,竖腹杆,上游上弦;③合拢下游下弦,竖腹杆,下游上弦;④合拢中间上弦;⑤合拢段剩余横联。

合拢段杆件装焊顺序如图1所示

4分析与结论

针对上述两个合拢方案,采用ansys有限元软件进行了模拟,开展了15℃、20℃、25℃合拢温度下的变形、应力和内力计算,结果表明:在设计合拢温度15℃下,方案一和方案二的线形变化基本一致,但方案二合拢段杆件的应力、弯矩比方案一的应力小且更均匀。

考虑到主拱合拢在白天进行,目前白天气温大约在20℃～27℃之间,因此进一步比较20℃与25℃下合拢段变形与应力变化。

20℃温度下合拢,方案一9#节段观测点位移分别为4.6cm(上)、5.5cm(中)、6.3cm(下),合拢段上、下游应力、弯矩不对称,但都在安全范围内,最大应力为-17.43MPa,最大弯矩为-570520N*m;方案二的上、中、下游9#节段观测点位移分别为4.4cm(上)、4.6cm(中)、4.6cm(下),合拢段上、下游应力、弯矩基本上对称,且都在安全范围内,最大应力为-14.94MPa,最大弯矩为-260700N*m;(应力最大值在上游上弦杆件,弯矩最大值在上游下弦杆件)。

25℃温度合拢,方案一9#节段观测点位移分别为2.1cm(上)、3.6cm(中)、5.1cm(下),合拢段上、下游应力、弯矩不对称,但都在安全范围内,最大应力为-16.16MPa,最大弯矩为-1084600N*m;方案二9#节段观测点位移分别为1.4cm(上)、1.6cm(中)和1.6cm(下),合拢段上、下游应力、弯矩基本上对称,且都在安全范围内,最大应力为-27.49MPa,最大弯矩为-496020N*m;(应力最大值在中间下弦杆件,弯矩最大值在上游下弦杆件)。

计算结果表明,不同温度和不同合拢方案下9#节段观测点位移和应力变化较大,但方案二的线形理想,且合拢段受力比较均匀。因此采用方案二进行合拢。

5结语

通过对大宁河特大桥合拢关键技术的分析,可以得到以下几点结论:①温度对钢桁架拱桥合拢的影响较大,不同温度下成拱后的线形、内力不同。②对于多肋钢桁架拱桥,不同的合拢方式将影响成拱后的线形和内力,选择一种合理的合拢方式将至关重要。

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