60m刚架拱桥施工工艺及荷载横向分布特性研究

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钢筋混凝土刚架拱桥是在双曲拱桥、桁架拱桥、肋拱桥和斜腿刚构桥的基础上发展起来的一种新型桥梁结构型式。由于刚架拱桥得拱上结构形式为斜腿刚架,因此,这种结构在受力性能上同时具有梁式刚架与拱式结构的特点。在使用过程中,充分发挥了拱式结构与斜腿刚架的优点。传统的拱桥结构的拱上建筑只是把荷载传递给拱肋,自身并不能承担任何荷载。而刚架拱吸取了斜腿刚构的特点,用弦杆和支撑在墩台的斜撑组成拱上建筑,整个桥梁上下部各构件相固结形成坚固的整体结构,共同受力抵抗外荷载。因此,桥梁的整体性和刚度均得到提高,并大大削弱了组成构件的内力峰值而使构件受力较小,使得构件变得轻巧和纤细。对刚架拱桥进行结构分析和受力特性分析可知,该种桥梁结构具有,结构轻型、承载能力大,适用性强,桥型美观,节省材料等特点。由于刚架拱桥具有众多优点,1977-1978年在江苏无锡县建成第一座刚架拱桥后,这种桥型便得到了原交通部的肯定,之后在国内并得到了广泛的推广应用。然而随着刚架拱桥的推广使用,这种桥梁结构也出现了不同形式的病害。鉴于刚架拱桥构造以及受力性能的特殊性。我们需要从设计、施工以及检测等方面对该类桥梁开展研究工作,以达到避免或减轻桥梁服役期病害的出现程度。因此,本文开展刚架拱桥的施工工艺以及横向分布特性研究是十分有意义的。本文以吉林省境内一座60m跨径钢筋混凝土刚架拱桥为工程依托,主要进行了以下研究工作:1、在对60m刚架拱桥的预制、拼装过程进行深入分析的基础上,归纳形成了该类刚架拱桥的一般施工过程,并且对各施工阶段的结构体系进行了探讨。鉴于构件支架的重要性,对构件支架的设计和制作方法进行了分析。2、在对施工导梁及其支架进行结构受力分析的基础上,提出采用有限元方法对施工导梁及其支架进行安全性验算。在充分了解有限元方法基本理论的基础上,掌握了Beam188单元、Pipe16单元以及Link8单元的受力特性,建立了施工导梁及其支架的有限元分析模型。采用Ansys中载荷步的概念,在有限元模型中实现了作用力位置改变情况下的数值模拟计算,确定了施工导梁及其支架的最不利荷载工况。对最不利荷载工况作用下的施工导梁及其支架进行了有限元分析,基于分析结果对施工导梁及其支架的安全性进行了验算。3、采用有限元软件分别建立了考虑桥面铺装和不考虑桥面铺装情况下刚架拱桥的空间有限元理论分析模型。基于建立的模型计算分析了各片拱肋在静力荷载作用下的荷载横向分布影响线,把两种模型的计算结果进行了对比分析,并且分析了桥面铺装对荷载横向分布的影响规律。
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