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大跨度現(xiàn)澆箱型拱橋施工拱架結(jié)構(gòu)分析

 GXF360 2019-09-18

隨著鋼筋混凝土拱橋跨徑的增大,特別是在山區(qū)、峽谷等施工條件下,采用拱架施工的橋梁特點(diǎn)一般是橋下凈空高,拱架結(jié)構(gòu)復(fù)雜,施工拱架常采用纜索懸臂施工法[2],在拱架上常采用分環(huán)分段的混凝土澆注方法進(jìn)行拱圈施工等。在整個(gè)施工過程中,拱圈和拱架的受力情況較為復(fù)雜,因此必須要對其進(jìn)行施工過程結(jié)構(gòu)行為分析,以掌握任意施工狀態(tài)下橋梁與施工結(jié)構(gòu)的受力和變形情況,分析拱圈截面的應(yīng)力分布情況。另一方面,進(jìn)行施工過程結(jié)構(gòu)受力分析,可合理布置拱架,優(yōu)化拱架受力狀況,確保施工過程的安全。

1 工程背景

位于遵義市道真縣三江鎮(zhèn)以北的甕溪Ⅱ號大橋是一座凈跨L=96m的上承式現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱形截面拱橋,矢跨比f/L為1∶6,拱軸系數(shù)為1.756。拱圈寬度為7.5 m,截面高為1.9m,單箱雙室截面,見圖1所示。施工方法采用貝雷片組拼成施工拱架,利用拱架進(jìn)行拱圈混凝土現(xiàn)澆,其中采用扣索吊裝懸臂拼裝法進(jìn)行拱架拼裝。

拱圈混凝土結(jié)構(gòu)分三次澆注,分層位置見圖2所示。

2 拱架設(shè)計(jì)要點(diǎn)

施工拱架采用貝雷片桁架利用纜索吊裝懸臂拼裝而成。為了滿足設(shè)計(jì)拱圈線形的要求,在桁架拼裝處接入可微調(diào)的陰陽接頭,以此來對拱架線形進(jìn)行調(diào)整。

綜合考慮產(chǎn)品造價(jià)和用水量,將風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電系統(tǒng)合理匹配,構(gòu)成風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng),共同向蓄電池充電,系統(tǒng)中的所有用電設(shè)備都是通過蓄電池來提供電能,其中的提水部分,即風(fēng)光電提水。目前,風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)最大功率已經(jīng)達(dá)到2kW,牧區(qū)示范推廣大多在1kW以下[6]。

3) Wλ=1,WMAC=0.2,wp=1,以1∶6階模態(tài)頻率和1∶6階振型相關(guān)系數(shù)為目標(biāo)(圖10-圖12)。

鋼拱架跨度為94.96m,軸線寬7.3m,截面總高度1.7m。橫斷面拱架共包含6組鋼桁架,每組包含2排桁架,共計(jì)12排桁架。其中每排鋼桁架由31片貝雷片、7種規(guī)格尺寸的陰陽接頭和2個(gè)拱腳構(gòu)架組成[3]。每組內(nèi)2排桁架中心距離為0.45m,每組間桁架間距為0.9m和0.95m,如圖1所示。

主要呈它形粒狀嵌布在石英脈中,或與長石、云母等脈石礦物共生,少量與白鎢礦、黃銅礦、黃鐵礦共生,-0.074 mm含量占65%的磨礦細(xì)度下,約有72.62%的黑鎢礦為單體解離,約13.24%的黑鎢礦和石英連體,5.81%與長石云母連體,2.31%與黃鐵礦連體;黑鎢礦粒度以中細(xì)粒為主,粒徑多分布在0.02~0.75 mm,約占73.51%,部分粒度較粗,約占17.65%,整體黑鎢礦解離情況良好。

圖1 拱架及拱圈橫斷面示意圖(單位:cm)

圖2 拱圈混凝土分層澆注位置示意圖

貝雷片桁架除拱腳段材料采用Q235外,其余均采用Q345。在施工拱架懸拼施工過程中,拱架每側(cè)設(shè)置7道扣索,每道扣索橫向設(shè)2個(gè)扣點(diǎn),共布置2根Φ28的鋼絲繩。

3 有限元模型分析

3.1 計(jì)算模型及參數(shù)

采用平面桁架模型對拱架構(gòu)件進(jìn)行承載力計(jì)算。在遵循貝雷桁架標(biāo)準(zhǔn)平聯(lián)布置的前提下,弦桿的壓桿穩(wěn)定系數(shù)為0.8,腹桿的壓桿穩(wěn)定系數(shù)為0.66[4]。拱腳段桿件較短,弦桿和腹桿的壓桿穩(wěn)定系數(shù)均取為1.0。計(jì)算結(jié)果中給出的弦桿壓應(yīng)力均按下式計(jì)算:

其實(shí),我從事這個(gè)工作的時(shí)間也并不長,即使知悉如何處理該類事件,我潛意識里也在逃避處理這類問題。我的價(jià)值觀,其實(shí)是不愿意接受這種無理爭吵的。

在只計(jì)重量荷載的工況下,貝雷片弦桿(Q345)和拱腳段弦桿(Q235)的容許應(yīng)力分別取200MPa和140MPa[5],當(dāng)考慮溫度效應(yīng)時(shí),容許應(yīng)力提高25%[6],此時(shí)的容許應(yīng)力分別取250MPa和175MPa。

3.2 計(jì)算工況

(1)工況一:貝雷片拱架自重荷載275t;

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人性化護(hù)理要求醫(yī)護(hù)人員應(yīng)當(dāng)為患者打造一個(gè)舒適、溫馨的病房環(huán)境。比如,在醒目位置應(yīng)當(dāng)配有和婦產(chǎn)科防治有關(guān)的教育材料,以便患者及其家屬學(xué)習(xí)。建立個(gè)人日常活動(dòng)記錄表,對病人治療、飲食等進(jìn)行記錄,便于監(jiān)測患者病情變化?;颊叱鲈汉蠖ㄆ诨卦L病人,繼續(xù)強(qiáng)調(diào)婦產(chǎn)科相關(guān)知識[5]。

(2)工況二:工況一+模板及墊方自重荷載165t+施工荷載50t;

(3)工況三:拱圈底板和下馬蹄混凝土澆注完畢時(shí),其荷載為工況二+底板和下馬蹄混凝土自重荷載680t;

(4)工況四:腹板混凝土澆注完畢時(shí),其荷載為工況三+拱圈腹板和橫隔板自重荷載490t;

(5)工況五:頂板混凝土澆注完畢時(shí),其荷載為工況四+頂板和上馬蹄混凝土自重荷載680t;

相關(guān)研究指出,閱讀素材是否能對個(gè)體產(chǎn)生情緒療愈的效用,關(guān)鍵在于讀者個(gè)人背景與素材內(nèi)容特性兩個(gè)因素[16]。易言之,在選擇素材時(shí),須注意當(dāng)事者的個(gè)人背景,如閱讀興趣、理解能力、生活背景與經(jīng)驗(yàn)等,素材內(nèi)容應(yīng)與閱讀者個(gè)人的情緒困擾相關(guān)。而且,也需要考慮素材在立論方面的正確性與中立性,以提供當(dāng)事者正面、具體可行的解決問題之道。另外,素材的寫作方式需不流于教條式的教導(dǎo),方能吸引當(dāng)事者,引導(dǎo)其以正向態(tài)度面對個(gè)人所遭遇的困境。素材文字或圖片的新穎性、教育性與趣味性等,也是選擇素材時(shí)需考慮的因素。

(6)工況六:工況二+1.2倍底板和下馬蹄混凝土自重荷載。

其中工況六為荷載試驗(yàn)工況。

4 拱架構(gòu)件承載能力分析

4.1 計(jì)算結(jié)果

各控制工況下的弦桿最大應(yīng)力結(jié)果如表1所示,拱架撓度結(jié)果如表2所示。

表1 各控制工況的弦桿最大應(yīng)力σ(單位:MPa)

部位工況三工況四工況五工況六弦桿容許壓應(yīng)力上弦下弦113113122131136146122123200

表2 各控制工況的拱架總撓度f(單位:mm)

位置工況一工況二工況三工況四工況五工況六L/471229313432拱頂142458697862

從表1、表2數(shù)據(jù)中可以看出,在拱架施工過程中上弦桿和下弦桿的最大應(yīng)力分別為136MPa和146MPa,拱架荷載試驗(yàn)時(shí)上弦桿和下弦桿的最大應(yīng)力分別為122MPa和123MPa,在所有工況下,弦桿的應(yīng)力均滿足要求(<200MPa),并且有較大的安全儲備。還可以看出拱架在以上六個(gè)工況下的撓度最大值為78mm,與拱架跨度之比約為1/1200,遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的變形限值。

另外,荷載試驗(yàn)工況的弦桿應(yīng)力及拱架撓度均接近開口箱澆注完畢狀態(tài)的數(shù)據(jù),一般認(rèn)為開口箱澆注完畢是整個(gè)施工過程的最危險(xiǎn)工況。因此,將第一次澆注底板混凝土重量的1.2倍作為試驗(yàn)荷載也是合理的。

本方案的施工拱架各桿件的承載力均符合規(guī)范要求。

4.2 溫度影響分析

在溫度作用影響下,由于拱架結(jié)構(gòu)受到已澆注的拱圈混凝土結(jié)構(gòu)約束影響而產(chǎn)生應(yīng)力。本橋施工過程中,當(dāng)拱圈底板和腹板混凝土澆注完畢并達(dá)到強(qiáng)度后,此時(shí)溫度作用下拱架構(gòu)件應(yīng)力最大,因此,只計(jì)算此工況下的溫度作用影響。

由于降溫會(huì)導(dǎo)致拱架結(jié)構(gòu)卸載,因此只對升溫或正溫差進(jìn)行計(jì)算。

在游戲精神視野下,教師要將“游戲人”的培養(yǎng)作為重要的教學(xué)目標(biāo),讓學(xué)生在課堂中能夠與教師進(jìn)行對話。受到游戲精神的影響,在小學(xué)語文課堂中,教師與學(xué)生都成了游戲中的自主玩家。教師在小學(xué)語文課堂教學(xué)中,充分地尊重每一位學(xué)生,不僅要尊重學(xué)生的獨(dú)特,也要尊重學(xué)生的平凡。在課堂上,要讓學(xué)生擺脫強(qiáng)制與壓抑,保有生命原有的活力。

在拱圈頂板混凝土澆注完畢時(shí),同時(shí)考慮體系溫差+15℃以及拱架、拱圈溫差+5℃時(shí),拱架弦桿的最大應(yīng)力為164MPa,小于此時(shí)的容許應(yīng)力250MPa。所以,考慮溫度效應(yīng)時(shí),拱架桿件承載力滿足規(guī)范要求。

5 箱型拱圈與拱架聯(lián)合作用分析

分層現(xiàn)澆混凝土拱橋?qū)叭εc拱架進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí),是否真實(shí)模擬了拱圈的施工過程,其結(jié)果差異非常明顯[7-8]。先期澆注的分層混凝土形成拱結(jié)構(gòu)存在一定的剛度,與拱架剛度相比不能被忽略,由此產(chǎn)生了新澆注混凝土荷載分配比例的問題,即如何考慮現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱形拱圈與拱架的聯(lián)合作用問題。因此,本文對各層混凝土澆注后拱架主要桿件截面應(yīng)力增量進(jìn)行了有限元分析。模型采用兩種情況進(jìn)行計(jì)算:

(1)該層混凝土澆注完畢后拱架構(gòu)件應(yīng)力,混凝土荷載由拱架和已澆混凝土共同承擔(dān);

(2)該層混凝土自重全部由施工拱架承擔(dān)時(shí)拱架構(gòu)件應(yīng)力。

各工況下的計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 各層混凝土澆注后拱架關(guān)鍵截面壓應(yīng)力增量比較(單位:MPa)

位置工況三(第一層澆注)①②二者之比工況四(第二層澆注)①②二者之比工況五(第三層澆注)①②二者之比拱腳L/43L/8拱頂上弦45.045.01.007.632.40.238.745.00.19下弦38.138.11.007.427.40.278.138.10.21上弦48.048.01.002.834.50.087.348.00.15下弦61.661.61.0017.544.30.3915.261.60.25上弦55.755.71.0012.740.10.3212.455.70.22下弦39.839.81.005.128.60.187.339.80.18上弦56.356.31.0015.640.50.3914.356.30.25下弦37.837.81.001.827.20.074.937.80.13

從表3中可以看出,由于第一層拱圈混凝土澆注后,混凝土重量全部由拱架承擔(dān),因此情況①和②計(jì)算結(jié)果一致,最大應(yīng)力發(fā)生在L/4下弦桿,為61.6MPa壓應(yīng)力;第二層混凝土澆注后拱架關(guān)鍵位置上弦桿和下弦桿實(shí)際應(yīng)力增量與全部混凝土重量由拱架承擔(dān)時(shí)的應(yīng)力增量之比均不超過40%,即第二層混凝土60%的重量都由已澆注的第一層混凝土承擔(dān),剩余的40%由拱架承擔(dān);第三層混凝土澆注后拱架關(guān)鍵位置上弦桿和下弦桿實(shí)際應(yīng)力增量與全部混凝土重量由拱架承擔(dān)時(shí)應(yīng)力增量之比均不超過30%,即第三層混凝土70%的重量都由已澆注的第一、二層混凝土承擔(dān),剩余的30%由拱架承擔(dān)。

6 結(jié)論及建議

結(jié)合甕溪Ⅱ號橋?qū)嶋H工程,對拱架施工過程及其施工過程中的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)進(jìn)行了有限元分析,可得到以下結(jié)論:

(1)通過有限元模型模擬了在拱架上澆注拱圈過程的受力狀況,從計(jì)算數(shù)據(jù)上看,甕溪Ⅱ號橋采用貝雷拱架現(xiàn)澆施工是一種安全、可行的方案,拱架滿足承載力要求。

(2)采用纜索懸拼拱架,并在其上分層分段施工的現(xiàn)澆鋼筋混凝土拱橋,已澆注的混凝土與拱架共同作用明顯。在甕溪Ⅱ號橋中,其整體貢獻(xiàn)度達(dá)41.6%,介于石拱橋的30%[7-9]和鋼筋混凝土拱橋的43%[10]之間。

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