钢管拱架的卸落顺序分析.docx

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任辉;杜柏松
【摘 要】,探讨其在不同落架挨次下拱圈的应力和变形变化规律,强调和验证合理落架挨次的必要性,为类似工程施工供给参
考.%Dismounting arch frames is an important part in construction control of arch bridges. This paper carries out simulating analysis for dismounting sequence of full steel tube supports of a concrete arch bridge in Ziyang City, Sichuan Province, investigates changing rules of stress and deformation of arch rings in different supports mounting sequences, and emphasizes on and verifies necessity of reasonable supports dismounting sequence so as to provide a reference for construction of similar projects.
【期刊名称】《大路交通技术》
【年(卷),期】2025(000)005
【总页数】4 页(P94-97)
【关键词】满堂钢管支架;落架挨次;梁格法;应力;变形
【作 者】任辉;杜柏松
【作者单位】重庆交通大学土木建筑学院,重庆 400074;重庆交通大学桥梁工程系, 重庆 400074
【正文语种】中 文
【中图分类】
拱桥在大路桥梁中被广泛承受。随着拱桥跨径的不断增大，对施工技术的要求也越来越高。拱桥的施工方案(包括拱架形式、拱圈砌筑挨次、拱上建筑施工挨次、落架方法及挨次等)对构造的安全和内力、变形等影响很大。其中，拱架卸落挨次等落架方法，对确保大跨径拱桥的施工安全和工程质量尤其重要。
落架挨次的根本要求
拱架是支撑拱圈砌筑的临时构造物，对保证拱圈线形合理以及施工安全格外重要。 为使拱架承受的荷载渐渐、平稳地传递给拱圈，落架必需依据合理的施工方案进展。拱架落架挨次除要求纵向从拱顶到拱脚、两岸对称、横向同步外，还有以下几点要 求:
满布式拱架卸落时，应分步进展，渐渐均匀降落;卸落量开头宜小，以后渐渐增大;应从拱顶向拱脚依次对称、循环卸落，直至拱架与拱圈完全脱离为止。
混凝土强度到达设计要求时才能落架，如设计无特别规定，一般须到达设计强度等级的 70%。跨径为 20 m 及以下的拱桥，落架应在合龙后 15～20 d 进展;跨径大于 20 m 的拱桥，落架应在合龙 30 d 后进展;当温度低于 15℃时，应适当延后落架工期。
落架不宜在裸拱状况下进展。跨径小于 10 m 的拱桥，应在拱上建筑完成后落架; 中等跨径实腹式拱，应在护拱完成后落架;空腹式拱桥宜在拱上建筑立墙完成后落 架。假设必需进展裸拱落架，需事先进展验算。
计算分析原理
主拱圈在轴向压力作用下，将产生弹性压缩变形，会在无铰拱中产生弯矩和剪力。绝大局部拱轴线与拱脚压力线有偏移，需考虑拱轴偏离引起的恒载内力。用弹性理论对一般跨径的拱桥进展内力、变形的分析计算不会引起太大的偏差，但对较大跨
径拱桥，则会引起很大偏差，由于其未考虑拱脚推力和拱轴挠度相互作用产生的附
加应力的影响。此外，由于材料的弹塑性和混凝土徐变等非线性因素引起的影响也不行无视。
因此，需要对拱桥进展非线性分析时，一般需考虑几何非线性和材料非线性。因几何变形引起构造刚度转变的一类问题都属于几何非线性问题，包括单元外形和刚度的转变。
工程实例
四川省资阳市区某空腹式混凝土拱桥全长 m，计算跨径 45 m，主拱圈承受等截面悬链线，拱轴系数 ，扣件式满堂钢管支架施工。为考察拱架卸落挨次对拱圈应力和变形的影响，承受 MIDAS/CIVIL 构造分析软件进展仿真模拟，分析不同落架挨次下主拱圈线形和应力的变化规律。
钢管拱架落架挨次对主拱圈的应力、变形影响很大，因此在落架过程中需对主拱圈变形和应力进展实时观测，应力和变形观测点对称布置于拱顶、L3/8、L/4、L/8
等截面的顶面。应力监测承受弦式数码应变计，将其结实粘贴在主拱圈典型截面上， 并用配套的智能读数仪采集应变值，得出测点应力。测点的观测应力值和实际应力 存在偏差，测得的应力值包含混凝土收缩徐变的换算应力在内。主拱圈变形承受垂 球法和全站仪反光片法进展观测，将观测值相互校核。垂球法具有简洁、经济的特 点，但垂球的悬吊钢丝长度受温度的影响较大。
有限元模型
对上述空腹式混凝土拱桥进展分析时，有限元模型可承受多种单元形式，如杆、梁单元、板单元、实体单元等。由于本桥主拱圈宽跨比较大，为保证计算精度，承受MIDAS/CIVILE 软件梁格法建模，考虑非线性影响进展分析。将拱桥上部构造用等效的梁格模拟，钢管支架承受只受压的弹簧单元模拟。主拱圈沿宽度方向分为 32 个拱片，每片宽 m。建立虚拟横梁模拟每片拱圈的横向联系，钢管支架立杆纵
横向间距均为 50 cm，模型见图 1。其余构件以荷载的形式考虑，施加在相应单元
上。分析时，为模拟主拱圈支架卸落方案，将拱架在水平面上投影对应的区域划分为 32 块(用①～○32 表示)区域(图 2)，用不同落架挨次对 32 块区域内的钢管进展倒拆计算。
图 1 构造有限元模型图 2 拱架区域划分
依据钢管拱架落架的一般要求，结合施工现场状况，选出了 4 种落架方案，每个方案均分为 4 个步骤进展落架，见表 1，并承受 MIDAS/CIVILE 软件模拟分析不同落架挨次对主拱圈应力和变形的影响。
结果分析
经软件分析，得到上述 4 种不同落架方案各测点应力和竖向位移值，分别将拱顶、左侧拱脚、右侧 L/4 处的应力和竖向位移值用折线图表示，见图 3～7，其中位移以测点向下移动为正，应力以测点受压为正;CS1～CS4 表示不同落架方案的落架
步骤。
图 3 L/4 截面(右)测点竖向位移折线图 4 L/4 截面(右)应力折线
图 5 拱顶截面测点竖向位移折线
表 1 拱架落架挨次方案 CS1 CS2 CS3 CS4 1 ④⑤○12○13○20○21○28○29
③⑥○11○14○19○22○27○30②⑦⑩○15○18○23○26○31
①⑧⑨○16○17○24○25○32 2 ①②⑦⑧○25○26○31○32 ③④⑤⑥○27○28○29○30
⑨⑩○15○16○17○18○23○24 ○11○12○13○14○19○20○21○22 3
①⑨○17○25②⑩○18○26 ⑧○16○24○32⑦○15○23○31
③○11○19○27④○12○20○28 ⑤○13○21○29⑥○14○22○30 4
①②③④○25○26○27○28 ⑨⑩○11○12○17○18○19○20 ⑤⑥⑦⑧○29○30○31○32
○13○14○15○16○21○22○23○24
图 6 拱顶截面应力折线
图 7 拱脚截面(左)应力折线
图 8 拱脚截面(左)实测应力折线
针对以上 4 种不同落架方案，比照 L/4 截面和拱顶的应力、位移折线图，可以看出，承受方案 4 的挨次卸落拱架时，各测点的应力、位移无论是确定值还是变化率都较大，因此方案 4 为最不利的落架方案。从图 7 可以看出，承受方案 2～4 的挨次卸落拱架时，拱脚截面均消灭了较大的拉应力。实行方案 2 的挨次落架时， 拱脚截面拉应力最大值到达 MPa，超过了 C40 混凝土抗拉强度 MPa 的标准值，将造成拱脚截面混凝土开裂，甚至可能消灭工程事故。
图 9 L/4 截面(右)实测位移折线图 10 L/4 截面(右)实测应力折线
由图 3 可以看出，承受方案 2～4 的挨次落架时，L/4 测点均消灭了负向(向上)位移，且位移变化率快，将导致拱桥成桥线形不能满足设计要求。而承受方案 1 挨次落架，测点未消灭拉应力，压应力确定值也较小，应力、位移的变化曲线也较为平滑，故方案 1 是比较抱负的落架方案。
在现场实际施工中，由于拱圈宽(48 m，由 3 幅组成，每幅 16 m)、拱架高和落架工人数量缺乏等缘由，第 1 幅主拱圈拱架卸落过程未实行横向同步、纵向对称的原则，主拱圈拱脚消灭了较大拉应力，线形也不够抱负。经准时订正落架挨次，第2 幅、第 3 幅测点位移和应力值都有了明显改善。图 8～10 为现场观测的拱脚和L/4(右)截面应力、变形折线图，从图中可以看出，第 2 幅、第 3 幅所设测点的应力和位移值较小，变化曲线平滑，较第 1 幅有了很大改观。
结语
本文结合工程实际，对钢管拱架在不同落架挨次下主拱圈掌握截面应力和变形进展
了分析比较，强调和验证了合理的落架挨次对混凝土拱桥施工质量和安全的重要性。
参考本文分析结果指导了四川省资阳市某拱桥的拱架卸落施工，实施了由拱顶向拱脚对称、循环、分步均匀地卸落，并对施工中存在的问题准时进展了订正，保证了施工安全。
参考文献
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