钢管混凝土拱桥缀板灌注混凝土相关分析

摘要：钢管混凝土拱桥在缓板混凝土灌注施工时容易出现缀板爆裂、钢管变形等问题。本文分析了不同缀板灌注压力荷栽与对应的结构应力、位移变化关系。确定了本桥的混凝土灌注压力限值，可为同类型桥梁灌注施工提供参考。

关键词：钢管混凝土；拱桥；缀板；灌注；病害分析

国内某钢管混凝土拱桥采用单孔净跨径240m中承式钢管砼拱桥，矢跨比为1／5，拱轴线形为悬链线。设计拱轴系数m＝1.5。主拱圈由四片八肢钢管砼构成二个桁架拱肋，横桥向每个拱肋由2片钢管桁架预制拼装形成，两拱肋中距为15.5m，每个拱肋宽度为2.40m，拱肋高度为4.5m。每个拱肋上、下弦管各为两根φ1000×14mm钢管，竖向采用φ500×10mm空钢管腹杆连接，横向并列弦管采用12mm缀板连接，上下弦管内和缀板之间，用高压泵送C50微膨胀混凝土灌注密实。弦管、腹杆及缀板材料均为16Mn。在缀板灌注施工时出现了缀板爆裂、钢管变形等问题。

1　分析模型的建立

考虑结构关于桥梁中心线对称，为减少计算规模。选取一侧拱脚腹板范围内节段拱肋进行分析，共划分85503个单元。生成85514个节点。其中钢管、缀板和腹板单元采用板单元模拟。横撑采用杆系单元模拟。横撑(杆件单元)与钢管(板单元)间连接采用节点刚性连接模拟。拱脚底面按固接处理，横撑横桥向中间施加对称约束。分析拱肋节段末端的边界条件依据圣维南原理施加强迫位移，其数据取自全桥整体结构分析结果。整体坐标系x为顺桥向、Y为横桥向、z为竖向。建立模型如下：

2　有限元分析

拱圈结构对缀板混凝土灌注压力荷载敏感，需确定满足一定构件强度和刚度要求的缀板混凝土灌注压力。本次计算结合工程实际。对结构进行了符合工程计算精度所需的假定，力求在简单、适用、合理的前提下对拱脚拱肋节段施工阶段空间应力场的分布进行准确的模拟。采取多次重复计算，分析了不同灌注压力作用下缀板以及钢管的应力和位移变化趋势。计算结果如下：

拱肋在0.04 MPa～0.32MPa缀板灌注压力和白重作用下，缀板灌注压力荷载基本与拱脚结构内力和位移成正比。相同缀板灌注压力荷载作用下，缀板位移大于钢管位移，但钢管应力大于缀板应力。缀板灌注压力荷载达到0.24MPa时，缀板最大应力为236.4MPa，最大位移为20.9mm。钢管的最大应力为310.5MPa，最大位移为15.5mm，此时钢管强度已经接近设计强度。

3　结论

(1)缀板灌注压力荷载大小受钢管、缀板材料强度控制，本桥缀板混凝土灌注压力宜控制在0.24MPa以内。

(2)为避免钢管“凹屈”变形应首先灌注钢管内部混凝土待其凝固形成整体后再灌注缀板混凝土。