钢管混凝土劲性骨架拱桥施工 - 图文

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列车脱轨荷载：按《新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定》第5.2.2条办理。

地震力：按《铁路工程抗震设计规范》相关条款办理。 (3)结构构造

①拱肋

拱肋为劲性骨架钢筋混凝土X形拱，拱顶处拱肋中心距为5.6m，拱脚处拱肋中心距为11.4m，拱顶内倾2.9m，其倾角为5.37°，拱肋计算跨径140m，计算矢跨比1/4.516，拱肋平面矢高30.864m，拱轴线采用悬链线，拱轴系数m=2.514。拱肋截面除拱脚以上4.25m为实体外余均采用变高箱形截面，顶底板厚0.5m，腹板厚0.4m，拱顶截面高3.2m、宽2.3m，拱脚截面高5.4m、宽2.3m，其截面高度符合立特变化，

顶、底板与侧板间设0.8x0.4m梗肋，拱脚以上4.25～13.75m范围内顶底板加厚至1m；拱肋钢骨架由8根φ402×14mm钢管和节点板、角钢焊接成劲性骨架，缆索吊装合龙后，钢管内灌注C55微膨胀混凝土作为拱肋混凝土施工支架，施工完毕拱肋混凝土后与其一起形成劲性骨架钢筋混凝土结构。

全桥拱肋共布置11道横撑，横撑由钢管及角钢焊接而成，并外包混凝土。 ②拱上立柱

拱上立柱采用双斜柱式，其截面为1.5（纵向）x1.35m（横向）。两立柱布置在倾斜的拱肋平面内，两柱间设带空洞的薄板和横撑。拱顶处梁底至拱肋间距较小，将支承垫石直接设在拱肋上。采用C50混凝土。考虑后续施工拱肋的变位，立柱支承垫石顶面需设预超高值。

③拱座墩

拱座墩顶帽一侧为连续梁，一侧为简支T梁。考虑简支T梁架梁及维护的要求，其顶帽横向宽度采用10.6m。墩身纵横向坡度均为1：40。

④纵梁

桥面纵梁采用4联(3×13)m钢筋混凝土箱形截面连续梁，梁高1.6m，顶板宽9.56m，底板宽6.56m，顶板厚0.372m，底板厚0.3m，腹板厚0.5m；纵梁采用满布支架现浇C45混凝土的施工方式，由两拱脚向拱顶对称浇注，施工前将支座安装到位。

⑤桥面系及桥梁检查设备

桥面系采用有砟桥面，桥面宽9.56m，设双侧人行道和钢栏杆，人行道宽度0.8m；避车台设在拱座墩、2、4、6、8、10号立柱处，两侧均设。

拱上立柱设围栏、吊篮、检查梯等检查设备；拱肋顶面设检查护栏，每片拱肋各设一套活动检查设备。

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(4) 主要建筑材料

①混凝土

拱肋采用C55混凝土，fc=37.0MPa，fct=3.30MPa。

拱肋钢骨架管内采用C55微膨胀混凝土， fc=37.0MPa，fct=3.30MPa。 纵梁及墩柱顶帽、垫石采用C45混凝土，fc=30MPa，fct=2.9MPa。 墩身采用C40混凝土，fc=27.0MPa，fct=2.7MPa。 拱座采用C35混凝土，fc=20.0MPa，fct=2.20MPa； 桥台支承垫石采用C50混凝土，fc=33.5MPa，fct=3.1MPa。 桥台台顶、顶帽采用C40混凝土，fc=27.0MPa，fct=2.7MPa。 桥台台身采用C35混凝土，fc=23.5MPa，fct=2.5MPa。 ②钢材

拱肋钢骨架弦管及横撑弦管采用Q345qD，［σw］=210MPa；

普通钢筋HRB335钢筋抗拉标准强度fsk＝335MPa，HPB235钢筋抗拉标准强度fsk＝235MPa，弹性模量均为E＝2.1×105 MPa。

③钢结构焊接材料

手工焊接材料：使用E5015、E5016、E5018焊条 埋弧自动焊材料：使用HJ402－H08E焊剂、焊丝。 (5) 结构计算

结构纵向计算时，拱上连续梁与拱圈、拱上立柱联合计算，考虑拱圈基础变位及结构变形对纵梁内力、变形的影响。

纵向计算分3个计算模型：

① 拱肋混凝土施工完成前，钢管骨架模拟成桁架，为钢桁架模型。 ② 钢管骨架混凝土达到设计强度，浇筑拱肋混凝土，为钢-混合结构模型。 ③ 拱肋混凝土施工完后，运营阶段，按混凝土梁单元模型。

根据施工实际加载历程，对结构内力、应力和位移进行叠加。拱肋、纵梁、墩柱按钢筋混凝土构件设计，对其分别检算其应力。 (6) 施工顺序

本桥若采用转体施工安装拱肋钢骨架，基础边坡开挖过大；经比较，本桥拟采用悬臂拼装法施工拱肋钢骨架，然后压注钢管混凝土、分环施工拱肋混凝土、现浇拱上立柱、支架上现浇桥面纵梁。施工顺序如下：

①采用悬臂拼装法施工钢骨架

采用山东富友有限公司生产的FTZ7030型塔式起重机吊装拱肋钢骨架，最大吊重16t，为安装方便，首先将两片拱肋钢骨架与永久横撑的钢骨架在桥头分段焊接好

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后，一起吊装。钢骨架合拢温度采用15℃~20℃。

②由拱脚向拱顶对称灌注C50微膨胀混凝土

选择合适的地泵，由拱脚向拱顶对称灌注C50混凝土，要求在混凝土初凝前灌完一根钢管，并采取措施保证钢管混凝土填充密实。混凝土应具有良好的泵送性能和微膨胀性，抵消混凝土收缩。

③钢管混凝土灌注、养生完毕后，在钢骨架上安装摸板，绑扎钢筋，浇注拱肋混凝土。拱桥拱肋外包混凝土采用“四环六面”法施工。

“四环”即是将拱肋截面沿拱轴分作底板、下倒角、侧板、上倒角和顶板四环，每次施工一环。下一环施工须待上一环混凝土养护一个龄期后进行。

“六面”即是将每一环沿拱轴分作六段（即六个工作面），段与段之间留间隔槽，浇注混凝土时，六个工作面同时施工（由拱脚向拱顶），完成该环混凝土的浇注。

④施工拱上立柱 ⑤脚手架现浇桥面纵梁 (7) 施工注意事项

①拱座、基础基坑尽量避免超挖，超挖部分须回填混凝土，以增强拱座、基础的抗推能力。基底须置于基本承载力［］≥1000kPa的W2基岩内，基坑清理干净。基坑开挖到位后，需有监理、配施桥、地人员现场检查确认后，方可进行后续工作。

②拱座大体积混凝土浇注时需采取措施，避免混凝土出现裂缝。 ③拱座预埋骨架位置需准确，以保证拱肋骨架对接。

④拱座预埋铰座板平整，倾角、位置需准确，以保证拱肋骨架准确到位。 ⑤混凝土接触面应凿毛、冲洗干净，保证新老混凝土可靠结合。 ⑥拱肋分环浇注的混凝土层面应设接茬钢筋。

⑦骨架、钢筋以及其他预埋件，在浇注混凝土前应仔细检查是否齐全、到位，并作好防锈、除油、除锈工作。栏杆、检查设备及箱形拱肋内的剪刀撑外露的钢构件需采用两道LW-1水性无机富锌底漆、两道氟碳面漆防护。

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⑧拱肋从钢骨架吊装、混凝土分环浇注，到架梁、二期恒载上桥的全部施工过程中应加强对拱轴线变位（垂直位移、水平位移）观测，上报设计，以便设计人员掌握拱肋施工过程中的受力情况，及时指导施工。 (8) 环境保护与水土保持措施

本桥施工场地主要在山坡上，拱座基础开挖弃土结合桥头隧道弃渣堆放，其开挖边坡采用挂网喷混凝土护坡。施工临时用地在施工完成前恢复到自然状态，交还地方使用。

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3.2 劲性骨架施工过程基于MIDAS的模型建立

3.2.1 MIDAS软件的基本介绍

有限元法是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种在计算数学、计算力学和计算工程科学领域最有效的现代计算方法。经过40多年的发展已经使各种不同的有限元方法形态相当丰富，理论基础相当完善，并且开发了一批通用和专用的有限元软件，如ANSYS、MSC\\NASTRAN、MSC\\MARC、ABAQUS和MIDAS等。在众多可用的通用和专用的有限元软件中，MIDAS是桥梁设计中应用最为广泛的软件之一。

MIDAS/Civil是个通用的空间有限元分析软件，可适用于桥梁结构、地下结构、工业建筑、飞机场、大坝、港口等结构的分析与设计。特别是针对桥梁结构，MIDAS/Civil结合国内的规范与习惯，在建模、分析、后处理、设计等方面提供了很多的便利的功能，目前已为各大公路、铁路部门的设计院所采用。

MIDAS/Civil分析的三个主要步骤：

(1)前处理(Preprocessor) 创建或输入几何模型 (2)求解(Solution) 施加荷载，求解。

(3)后处理(Post-processing) 结果评价，检查结果的正确性。

3.2.2 劲性骨架和扣索基于MIDAS的仿真模型

3.2.2.1 结构建模

在对钢管混凝土拱桥建模时，应该结合结构体的受力特性进行单元模拟，尽量采用简单单元形式．尤其是大型结构进行动力计算，更应注意这个问题．这样既可从宏观上把握住了结构的整体特性，又能大大降低计算工作量，从而提高工作效率．

向蒲线尤溪桥为上承式钢管混凝土系杆拱桥，其计算模型采用MIDAS有限元软件建立。本桥劲性骨架模型为空间梁单元结构，共划分为5786个单元，2778个节点，1个材料特性值，6个截面特性值。而扣索系统共有12个索单元，统一采用1860级直径15.24的低松弛预应力钢绞线。拱脚处选择限制D-ALL和R-ALL的一般支撑，共有16个这样的边界条件。

悬臂拼装法是将拱圈的各个组成部分（侧板、上下底板等）事先预制，然后将整孔的拱肋、立柱通过临时斜压（拉）杆和上弦拉杆组成桁架拱片，沿跨分作几段（一般3~7段），再用横系梁和临时缆风将两个桁架拱片组成框架。每节框架整体运至桥位，由两端向跨中逐段悬臂拼装至合拢。

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