300米跨缆吊悬拼施工RC箱型拱桥受力性能研究
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摘要
本文以贵州六圭河特大桥(净跨195.0m的RC箱型拱桥)为工程背景,对该桥的施工方法—千斤顶、斜拉扣挂法的特点进行了详细的综述。然后将该桥型跨径增大至300米,采用同样的施工方法,对其在施工阶段和营运阶段的受力性能进行了研究,具体内容有以下几个方面:
1.缆索吊装、千斤顶、斜拉扣挂悬拼法是拱桥无支架施施工方法中的一种新方法。该施工方法安全、可靠、合龙精度高、悬拼施工时间短,能够较好地解决拱桥多节段拼装、拱轴线难于控制等问题。本文详细综述了该施工方法的特点,并对新老施工方法进行了详细的对比。
2.大跨径RC箱型拱桥发展的潜力巨大,跨径也会随着设计与施工技术的提高而逐渐增大。贵州六圭河特大桥是目前国内采用缆索吊装斜拉扣挂悬拼法施工的箱型拱桥中的最大跨径。本文将该桥型跨径提高到300米,采用APDL参数化语言对该桥的拱轴系数m进行设计,用有限元通用软件ANSYS对其建立模型,分析了该桥在成桥状态下的静力性能。
3.大跨径桥梁结构都有一个分阶段施工过程,结构的某些荷载如自重重力,施工荷载等是在施工过程中逐级施加的,每一施工阶段都有可能伴随着徐变发生、边界约束增减和体系转换等。本文采用平面杆系有限元程序BDCMS,对300米跨RC箱型拱桥的施工过程进行正装模拟,探讨了其设计和施工方案的可行性。
4.稳定性问题是大跨度拱桥受力性能分析主要问题之一。本文采用有限元通用软件ANSYS分析了300米跨RC箱型拱桥在各主要施工状态和成桥状态下第一类稳定问题。另外,还讨论了风缆刚度对第一类稳定性的影响。
In this paper, on the basis of Liuguihe bridge in GuiZhou province, the clear span of which is 195m, the section of which is reinforce concrete box-type, the construction method of jacks and cables is summarized. Then, design a similar type of bridge, the main span of which is up to 300m, the same construction method is also used, the mechanics performance is analyzed in construction phase and service phase, the details are as follows:
1. The method of jacks and cables is a new way in construction without support setting. This method is safe, reliability and the degree of closure precision is high and the time expend to build is short. Even more, it can solve the difficulties in the construction controlling of suspending precast segmental cantilever and arch-axial. The different characterize of new and old method is summarized particularly in this thesis.
2. The main span of box-type reinforced concrete arch bridge can be increased gradually with the raising of design and construction technology, and this type bridge will have a huge development potential. Presently, the largest span reinforced concrete arch bridge adopting the method with cableway suspending is the background project of this paper. In this thesis, the main span of this type bridge is raised 300m and the arch-axis coefficient was designed by the parametric language of APDL. Then, a model of this bridge is established basing on the ANSYS software. Therefore, the bridge’s static force performance in finished bridge state is analyzed by the ANSYS software expediently.
3. Because the process of long-span bridge is phased and some loads, such as deadweight, construction loads, are applied step by step. So creeping, boundary condition changing and system transferring may be occur in each construction phase. The program of BDCMS is used to simulate the whole construction phase in this dissertation and the design and construction project feasibility of this bridge is disussed detailedly.
4. The stability problem is important in the research on mechanical performance of large-span arch bridge. The finite element model of RC arch bridge of ANSYS is constructed, which is used to analyze the stability problem of the first kind in the main construction states and the finished bridge state. In addition, the stability of the first kind which is effected by wind-cable is also discussed in the paper.
1.缆索吊装、千斤顶、斜拉扣挂悬拼法是拱桥无支架施施工方法中的一种新方法。该施工方法安全、可靠、合龙精度高、悬拼施工时间短,能够较好地解决拱桥多节段拼装、拱轴线难于控制等问题。本文详细综述了该施工方法的特点,并对新老施工方法进行了详细的对比。
2.大跨径RC箱型拱桥发展的潜力巨大,跨径也会随着设计与施工技术的提高而逐渐增大。贵州六圭河特大桥是目前国内采用缆索吊装斜拉扣挂悬拼法施工的箱型拱桥中的最大跨径。本文将该桥型跨径提高到300米,采用APDL参数化语言对该桥的拱轴系数m进行设计,用有限元通用软件ANSYS对其建立模型,分析了该桥在成桥状态下的静力性能。
3.大跨径桥梁结构都有一个分阶段施工过程,结构的某些荷载如自重重力,施工荷载等是在施工过程中逐级施加的,每一施工阶段都有可能伴随着徐变发生、边界约束增减和体系转换等。本文采用平面杆系有限元程序BDCMS,对300米跨RC箱型拱桥的施工过程进行正装模拟,探讨了其设计和施工方案的可行性。
4.稳定性问题是大跨度拱桥受力性能分析主要问题之一。本文采用有限元通用软件ANSYS分析了300米跨RC箱型拱桥在各主要施工状态和成桥状态下第一类稳定问题。另外,还讨论了风缆刚度对第一类稳定性的影响。
In this paper, on the basis of Liuguihe bridge in GuiZhou province, the clear span of which is 195m, the section of which is reinforce concrete box-type, the construction method of jacks and cables is summarized. Then, design a similar type of bridge, the main span of which is up to 300m, the same construction method is also used, the mechanics performance is analyzed in construction phase and service phase, the details are as follows:
1. The method of jacks and cables is a new way in construction without support setting. This method is safe, reliability and the degree of closure precision is high and the time expend to build is short. Even more, it can solve the difficulties in the construction controlling of suspending precast segmental cantilever and arch-axial. The different characterize of new and old method is summarized particularly in this thesis.
2. The main span of box-type reinforced concrete arch bridge can be increased gradually with the raising of design and construction technology, and this type bridge will have a huge development potential. Presently, the largest span reinforced concrete arch bridge adopting the method with cableway suspending is the background project of this paper. In this thesis, the main span of this type bridge is raised 300m and the arch-axis coefficient was designed by the parametric language of APDL. Then, a model of this bridge is established basing on the ANSYS software. Therefore, the bridge’s static force performance in finished bridge state is analyzed by the ANSYS software expediently.
3. Because the process of long-span bridge is phased and some loads, such as deadweight, construction loads, are applied step by step. So creeping, boundary condition changing and system transferring may be occur in each construction phase. The program of BDCMS is used to simulate the whole construction phase in this dissertation and the design and construction project feasibility of this bridge is disussed detailedly.
4. The stability problem is important in the research on mechanical performance of large-span arch bridge. The finite element model of RC arch bridge of ANSYS is constructed, which is used to analyze the stability problem of the first kind in the main construction states and the finished bridge state. In addition, the stability of the first kind which is effected by wind-cable is also discussed in the paper.
引文
[1] 范立础.桥梁工程(下册).[M].北京:人民交通出版社,1996,15-155
[2] 许克宾.桥梁施工.[M].中国建筑工业出版社,2005,198-212
[3] 李国豪.桥梁结构稳定与振动.[M].北京:人民交通出版社,2002
[4] 张 建 民 , 郑 皆 连 , 秦 荣 . 拱 桥 稳 定 性 研 究 与 发 展 .[J]. 广 西 交 通 科技,2000(25),1-7
[5] 项海帆,刘光栋.拱结构的稳定与振动.[M].北京:人民交通出版社,1991
[6] 李国豪,石洞,黄东洲.拱桁梁侧倾稳定分析的有限元法.[J].同济大学学报,1983,32-36
[7] 黄东洲.拱桁梁组合体系桥侧倾稳定研究.[D].上海同济大学,1985,22(2)
[8] Timosenko SP.弹性稳定理论[M].北京:科学出版社,1958,6
[9] Gaber E. ber die kineksicherheit Vollvandiger Bogen.Bautechnik,Nov. ,1934
[10] Stssi F. Aktuelle Baustatische Probleme der Konstruktion spraxis. SchweizBauztg,Vol.106,No.12,Sept.1935
[11] Koll brunner C F.Versuche ber die Kinick sicher heitund die Grundschwingungszahl VollwandigerBogen. Bauetchnik,Mar.1936
[12] Dischinger F. Untersuchung ber die Knicksicherheit.die Elas tiche Verformung und das Kriechen des Betons bei Bogen brcken, Aug.,1937.
[13] Bush B. Knicksicherheit Vollwandiger Bogen. Bauingenieu,1937
[14] Deutch E. Das Knicken von Bogentragern bei unsymmetrische Belas tung. Bauingenieur,Dec,1940.
[15] Austin W J.In-Plane Bendinand Bucklinof Arches.1575-1593
[16] 项海帆,钱莲萍.单承重拱桥侧向稳定的实用计算.[C].中国土木工程学会第一次城市桥梁学术会议论文集,1987,45-48
[17] 钱莲萍,项海帆.空间拱桥结构侧倾稳定性的实用计算[J].同济大学学报,1989,(4),28-31
[18] 向中富.中承式拱桥横向屈曲临界荷载实用计算[J].重庆交通学院学报,1995,(1),59-63
[19] Almeida P N. Lateral Bucklingof Twin Arch Ribswith Transverse. Dissertation of Ohio State Univ,Columber, Ohio,USA,1970.
[20] 郑皆连.特大跨径 RC 拱桥悬拼合拢技术的探讨[J].中国公路学报,1991,12(1)42-49.
[21] 吴恒立.拱式体系稳定计算[M].北京:人民交通出版社,1979
[22] 国家电力公司贵阳勘测设计院,湖北省交通规划设计院.贵州省洪家渡水电站六圭河公路特大桥施工图,[Z]2002,11-13
[23] 霍文棠.大跨度箱型拱桥稳定性分析.[D].同济大学,2003,7-18
[24] 中铁十七局集团洪家渡六圭河特大桥项目部.[Z].贵州六圭河特大桥吊装方案.2002,1-23
[25] 裴炳志,胡佳安,谢春生.贵州洪家渡水电站六圭河公路特大桥创新设计.[J]桥梁建设,2005(4),27-30
[26] 颜东煌,袁明,涂光亚.贵州六圭河大桥设计施工中关键技术研究.[J].中外公路,2005,25(2),72-74
[27] 韦 初 宽 , 黄 德 耕 . 来 宾 磨 东 红 水 河 大 桥 设 计 要 点 .[J]. 广 西 交 通 科技,2000,25(4),46-49
[28] 唐 柏 石 ,黄 永 东 .钢 绞 线 在 多 段 缆 索 吊 装 中 的 应 用 .[J].广 西 交 通 科技,2000(3),37-40
[29] 刘万忠,王解军.悬臂拼装钢筋混凝土拱桥的施工控制.[J].公路交通科技,2003,20(6),69-78
[30] 长沙理工大学桥梁与结构工程学院.贵州六圭河大桥施工控制技术方案[Z],2003,1-17
[31] 中 铁 十 七 局 六 圭 河 项 目 部 .钢 筋 混 凝 土 箱 形 拱 无 支 架 吊 装 施 工 技 术[Z],2004,1-9
[32] 交通部标准.公路桥涵设计通用规范.[S].JTG D60-2004
[33] 交通部标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范.[S].JTG D62-2004
[34] 顾懋清,石绍甫.公路桥涵设计手册-拱桥.[M].人民交通出版社,2000,7
[35] 博弈创作室.APDL 参数化有限元分析技术及其应用实例.[M].中国水利水电出版社,2004,6-57
[36] 邓继华,谢海秋.用计算机程序实现拱轴系数 m 的优化设计.[J].中南公路工程,2001,26(1),70-72
[37]吕颖钊,宋一凡.荷载法在拱桥设计中的应用[J].交通科技,2002(4),31-33
[38] 白淑毅,于敦荣.桥涵设计.[M].人民交通出版社,2002,8-56
[39] 任辉启.ANSYS 7.0 工程分析实例详解.[M].人民邮电出版社,2003,56-98
[40] 孙训方,方孝淑,关来态.材料力学.[M].高等教育出版社,1998,12
[41] 颜东煌,田仲初,李学文.桥梁结构电算程序设计.[M].长沙:湖南大学出版社,1999
[42] 颜东煌.斜拉桥合理设计状态确定与施工控制.[D].湖南大学博士学位论文.2001
[43] 庞大彬.大跨度钢筋混凝土箱型拱桥缆索吊装施工技术.[J].铁道建筑技术,2003(3),13-15
[44] 颜东煌,刘光栋.确定斜拉桥合理施工状态的正装迭代法.[J].中国公路学报,1999,12(2),59-64
[45] 郑皆连,徐风支,唐柏石等.广西邕宁邕江大桥千斤顶斜拉扣挂悬拼架没钢骨拱桁架施工仿真计算方法.[C].中国公路学会桥梁和结构工程 1996 年桥梁学术讨论会论文集,1996,45-51
[46] 刘万忠,王解军.悬臂拼装钢筋混凝土拱桥的施工控制.[J].公路交通科技,2003,20(6),69-78
[47] Z P Bazant 等.钢筋混凝土结构有限元法.[M].河海大学出版社,1988
[48] Toril k, Ikeda K, Study of the optimum Design Methodd for cable Stayed Bridge, International Conference on cable-stayed Bridge,Bangkok, Nov.1987
[49]F.Leonhardt & W.Zellner,Cable-stayed Bridges.IABSE SURVEYS,May 1980
[50] F.Leonhardt,Cable-stayed Bridges with Prestressed Concrete,Special Report,Oct.1986
[51] 曾宪武,王永珩.桥梁建设的回顾和展望.[C].2001 年桥梁学术讨论会论文集
[52] 徐君兰,项海帆.大跨度桥梁施工控制.[M].人民交通出版社,1999
[53] 赵雷,张金平.大跨度钢筋混凝土拱桥施工阶段稳定性分析的非线性问题.[J].西南交大土木学院,1995(2),42-44
[54] 赵雷,张金平.大跨度拱桥施工阶段非线性稳定分析若干问题探讨.[J].西南交大土木学院,1995,17(1),76-84
[55] 颜 全 胜 , 骆 宁 安 . 大 跨 度 拱 桥 的 非 线 性 与 稳 定 . 华 南 理 工 大 学 学报,2000,28(6),64-69
[56] 赵薇.大跨径钢筋混凝土箱型拱桥的非线性有限元分析.[J].云南交通科技,2003,19(2),27-29
[57] 郑 振 飞 , 黄 志 诚 . 钢 筋 混 凝 土 箱 拱 优 化 分 析 .[J]. 福 州 大 学 学报,1996,24(3),295-300
[58] 方兴.大跨度斜拉桥非线性及整体稳定性研究[D] .北京:北京工业大学,2003
[59] 杨勇翔,吴迅.拱结构稳定理论的发展.[J].山西建筑,2004,30(4),27-29
[60] 项海帆,姚玲森.高等桥梁结构理论.[M].人民交通出版社,2001,262-281
[61] 李廉锟.结构力学.[M].高等教育出版社,1996,42-47
[62] 张立明. Algor、Ansys 在桥梁工程中的应用方法与实例.[M].人民交通出版社,2003,175-183
[2] 许克宾.桥梁施工.[M].中国建筑工业出版社,2005,198-212
[3] 李国豪.桥梁结构稳定与振动.[M].北京:人民交通出版社,2002
[4] 张 建 民 , 郑 皆 连 , 秦 荣 . 拱 桥 稳 定 性 研 究 与 发 展 .[J]. 广 西 交 通 科技,2000(25),1-7
[5] 项海帆,刘光栋.拱结构的稳定与振动.[M].北京:人民交通出版社,1991
[6] 李国豪,石洞,黄东洲.拱桁梁侧倾稳定分析的有限元法.[J].同济大学学报,1983,32-36
[7] 黄东洲.拱桁梁组合体系桥侧倾稳定研究.[D].上海同济大学,1985,22(2)
[8] Timosenko SP.弹性稳定理论[M].北京:科学出版社,1958,6
[9] Gaber E. ber die kineksicherheit Vollvandiger Bogen.Bautechnik,Nov. ,1934
[10] Stssi F. Aktuelle Baustatische Probleme der Konstruktion spraxis. SchweizBauztg,Vol.106,No.12,Sept.1935
[11] Koll brunner C F.Versuche ber die Kinick sicher heitund die Grundschwingungszahl VollwandigerBogen. Bauetchnik,Mar.1936
[12] Dischinger F. Untersuchung ber die Knicksicherheit.die Elas tiche Verformung und das Kriechen des Betons bei Bogen brcken, Aug.,1937.
[13] Bush B. Knicksicherheit Vollwandiger Bogen. Bauingenieu,1937
[14] Deutch E. Das Knicken von Bogentragern bei unsymmetrische Belas tung. Bauingenieur,Dec,1940.
[15] Austin W J.In-Plane Bendinand Bucklinof Arches.1575-1593
[16] 项海帆,钱莲萍.单承重拱桥侧向稳定的实用计算.[C].中国土木工程学会第一次城市桥梁学术会议论文集,1987,45-48
[17] 钱莲萍,项海帆.空间拱桥结构侧倾稳定性的实用计算[J].同济大学学报,1989,(4),28-31
[18] 向中富.中承式拱桥横向屈曲临界荷载实用计算[J].重庆交通学院学报,1995,(1),59-63
[19] Almeida P N. Lateral Bucklingof Twin Arch Ribswith Transverse. Dissertation of Ohio State Univ,Columber, Ohio,USA,1970.
[20] 郑皆连.特大跨径 RC 拱桥悬拼合拢技术的探讨[J].中国公路学报,1991,12(1)42-49.
[21] 吴恒立.拱式体系稳定计算[M].北京:人民交通出版社,1979
[22] 国家电力公司贵阳勘测设计院,湖北省交通规划设计院.贵州省洪家渡水电站六圭河公路特大桥施工图,[Z]2002,11-13
[23] 霍文棠.大跨度箱型拱桥稳定性分析.[D].同济大学,2003,7-18
[24] 中铁十七局集团洪家渡六圭河特大桥项目部.[Z].贵州六圭河特大桥吊装方案.2002,1-23
[25] 裴炳志,胡佳安,谢春生.贵州洪家渡水电站六圭河公路特大桥创新设计.[J]桥梁建设,2005(4),27-30
[26] 颜东煌,袁明,涂光亚.贵州六圭河大桥设计施工中关键技术研究.[J].中外公路,2005,25(2),72-74
[27] 韦 初 宽 , 黄 德 耕 . 来 宾 磨 东 红 水 河 大 桥 设 计 要 点 .[J]. 广 西 交 通 科技,2000,25(4),46-49
[28] 唐 柏 石 ,黄 永 东 .钢 绞 线 在 多 段 缆 索 吊 装 中 的 应 用 .[J].广 西 交 通 科技,2000(3),37-40
[29] 刘万忠,王解军.悬臂拼装钢筋混凝土拱桥的施工控制.[J].公路交通科技,2003,20(6),69-78
[30] 长沙理工大学桥梁与结构工程学院.贵州六圭河大桥施工控制技术方案[Z],2003,1-17
[31] 中 铁 十 七 局 六 圭 河 项 目 部 .钢 筋 混 凝 土 箱 形 拱 无 支 架 吊 装 施 工 技 术[Z],2004,1-9
[32] 交通部标准.公路桥涵设计通用规范.[S].JTG D60-2004
[33] 交通部标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范.[S].JTG D62-2004
[34] 顾懋清,石绍甫.公路桥涵设计手册-拱桥.[M].人民交通出版社,2000,7
[35] 博弈创作室.APDL 参数化有限元分析技术及其应用实例.[M].中国水利水电出版社,2004,6-57
[36] 邓继华,谢海秋.用计算机程序实现拱轴系数 m 的优化设计.[J].中南公路工程,2001,26(1),70-72
[37]吕颖钊,宋一凡.荷载法在拱桥设计中的应用[J].交通科技,2002(4),31-33
[38] 白淑毅,于敦荣.桥涵设计.[M].人民交通出版社,2002,8-56
[39] 任辉启.ANSYS 7.0 工程分析实例详解.[M].人民邮电出版社,2003,56-98
[40] 孙训方,方孝淑,关来态.材料力学.[M].高等教育出版社,1998,12
[41] 颜东煌,田仲初,李学文.桥梁结构电算程序设计.[M].长沙:湖南大学出版社,1999
[42] 颜东煌.斜拉桥合理设计状态确定与施工控制.[D].湖南大学博士学位论文.2001
[43] 庞大彬.大跨度钢筋混凝土箱型拱桥缆索吊装施工技术.[J].铁道建筑技术,2003(3),13-15
[44] 颜东煌,刘光栋.确定斜拉桥合理施工状态的正装迭代法.[J].中国公路学报,1999,12(2),59-64
[45] 郑皆连,徐风支,唐柏石等.广西邕宁邕江大桥千斤顶斜拉扣挂悬拼架没钢骨拱桁架施工仿真计算方法.[C].中国公路学会桥梁和结构工程 1996 年桥梁学术讨论会论文集,1996,45-51
[46] 刘万忠,王解军.悬臂拼装钢筋混凝土拱桥的施工控制.[J].公路交通科技,2003,20(6),69-78
[47] Z P Bazant 等.钢筋混凝土结构有限元法.[M].河海大学出版社,1988
[48] Toril k, Ikeda K, Study of the optimum Design Methodd for cable Stayed Bridge, International Conference on cable-stayed Bridge,Bangkok, Nov.1987
[49]F.Leonhardt & W.Zellner,Cable-stayed Bridges.IABSE SURVEYS,May 1980
[50] F.Leonhardt,Cable-stayed Bridges with Prestressed Concrete,Special Report,Oct.1986
[51] 曾宪武,王永珩.桥梁建设的回顾和展望.[C].2001 年桥梁学术讨论会论文集
[52] 徐君兰,项海帆.大跨度桥梁施工控制.[M].人民交通出版社,1999
[53] 赵雷,张金平.大跨度钢筋混凝土拱桥施工阶段稳定性分析的非线性问题.[J].西南交大土木学院,1995(2),42-44
[54] 赵雷,张金平.大跨度拱桥施工阶段非线性稳定分析若干问题探讨.[J].西南交大土木学院,1995,17(1),76-84
[55] 颜 全 胜 , 骆 宁 安 . 大 跨 度 拱 桥 的 非 线 性 与 稳 定 . 华 南 理 工 大 学 学报,2000,28(6),64-69
[56] 赵薇.大跨径钢筋混凝土箱型拱桥的非线性有限元分析.[J].云南交通科技,2003,19(2),27-29
[57] 郑 振 飞 , 黄 志 诚 . 钢 筋 混 凝 土 箱 拱 优 化 分 析 .[J]. 福 州 大 学 学报,1996,24(3),295-300
[58] 方兴.大跨度斜拉桥非线性及整体稳定性研究[D] .北京:北京工业大学,2003
[59] 杨勇翔,吴迅.拱结构稳定理论的发展.[J].山西建筑,2004,30(4),27-29
[60] 项海帆,姚玲森.高等桥梁结构理论.[M].人民交通出版社,2001,262-281
[61] 李廉锟.结构力学.[M].高等教育出版社,1996,42-47
[62] 张立明. Algor、Ansys 在桥梁工程中的应用方法与实例.[M].人民交通出版社,2003,175-183