Science&TechnologyVision科技视界钢管混凝土拱桥脱空问题研究分析张波波渊华杰工程咨询有限公司袁中国北京7100冤揖摘要铱根据对某钢管混凝土拱桥的完全脱空和正常状态的位移及稳定性对比分析计算袁研究脱空对拱桥结构的具体影响袁并总结出一些减轻脱空影响的相应措施袁可有效避免钢管拱桥出现大规模的脱空袁促进和推动钢管混凝土拱桥的发展遥揖关键词铱拱桥曰钢管混凝土曰脱空曰稳定性曰自振特性中图分类号院U441;U448.22文献标识码院ADOI院10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.088文章编号院2095-2457渊2019冤12-0181-0020引言钢管混凝土拱桥比传统拱桥的优点是自重荷载以及受到的风荷载等较小袁跨径选择多袁承载能力高袁拱肋曲线优美袁与周围环境可以完美契合袁在一段时期的拱桥的桥型选择上是优先选项袁但根据对运营期间的钢管混凝土拱桥进行实际调查袁这种桥型也有缺陷袁拱肋混凝土与钢管之间脱空很容易出现脱空的现象袁影响了这种桥型的正常发展袁因为脱空直接减弱了钢管混凝土桥型的最大优势袁即对钢管和混凝土之间的套箍约束作用遥根据对拱桥的实际调查袁钢管混凝土拱肋的混凝土空洞的大小尧形状尧范围尧在截面的位置尧在拱肋的位置都不一样袁为了简化计算袁假定空洞都出现在上部袁钢管内混凝土空洞高度为h遥因为各个拱桥的钢管直径不同袁空洞也不同袁为了全面的分析空洞对拱桥的影响袁对空洞高度h的取值为0mm-100mm遥44.1脱空影响分析1工程概况钢管混凝土组合拱桥总跨径为192m袁钢管拱肋采用钢管混凝土空间四肢式桁架结构袁计算跨径为129m袁矢跨比为1/3.5遥拱肋内倾角为0袁两肋的宽度为1.55m袁高度为2.5m袁肋间中距为11m遥上弦管曲线采用悬链线+圆曲线袁尺寸为渍351伊12mm钢管袁下弦管曲线采用悬链线袁尺寸为渍351伊16mm钢管袁拱脚位置进行加强袁将拱脚向上到1/8L处四肢使用钢板连接成哑铃型袁上下弦管内部灌注混凝土遥边孔为钢筋混凝土箱形截面拱桥袁曲线为悬链线袁计算跨径为23.8m袁矢跨比为1/2遥横向的两条拱肋间共设置7道横撑袁结构形式为桁架一字式横撑袁吊杆处横梁为预制预应力钢筋混凝土工字梁袁行车道板采用预制混凝土T形梁遥脱空对拱肋线形的影响拱桥除了材料比较重要袁合理的线形控制才是保证拱桥正常运营状态的最重要因素袁在拱桥施工时除了应力监测袁也要重点监测拱肋的线形标高袁如果线形与原设计线形有差别袁很容易改变拱肋的内力应力分布袁拱肋极易产生脱空现象袁而如果发生脱空现象会不会影响影响拱肋的线形袁本文对脱空状态下的拱桥位移进行计算遥拱桥受力荷载为院拱桥恒载+移动荷载+风载袁粘结状态和完全脱空两种状态袁计算结果如下图所示院2模型建立通过力学抽象袁根据实际的结构资料袁采用空间有限元分析软件建立拱桥全桥空间力学模型遥模型中的各种必须参数符合实际结构参数袁上下弦管尧吊杆尧横梁尧立柱尧帽梁尧上部T梁等采用梁单元模拟袁拱脚位置的弦管间钢板采用板单元模拟袁模型有节点1302个袁梁单元2634个袁板单元104个遥图2下弦管脱空状态下位移图1拱桥有限元模型3脱空高度根据上图得出结论院脱空确实减弱了拱肋的竖向刚度袁拱肋的竖向位移增大袁其中拱肋跨中位置幅度最大袁从这计算结果可知脱空和线形控制是相互作用的遥4.2脱空对稳定性的影响接下来研究计算脱空对拱桥稳定性的影响袁在相同的荷载作用下比较脱空和粘结两种状态下拱桥的稳定安全系数及失稳模态院Science&TechnologyVision科技视界181Science&TechnologyVision科技视界表1拱桥前五阶稳定安全系数及振型特点图3脱空状态拱桥典型失稳模态表2拱肋不同高度脱空状态下的稳定值从以上的计算结果可见院各种状态的失稳模态皆为面外半波对称失稳袁没有变化袁但结构的稳定安全系数有所改变首先脱空降低了结36%构的稳定安全系全系数一袁另外数袁完全脱空下安全系数下降了直下降在h从袁但其下降0mm到100mm的幅度的不过同程袁中当袁h结达构到稳20mm定安时20mm袁一阶结4.3时袁结构稳定构稳定安全系数安全系数幅度增下降幅度很小大袁下袁降当脱了空高度业脱脱空空会位发置生对在稳拱定桥性的的任影何响6.7%遥位置袁本文对在关键控制点渊下弦拱脚尧L/8尧L/4尧3L/8尧L/2冤处出现脱空现象时稳定性的变化进行研究计算袁为方便计算袁假定控制点位置处两侧的两根上下钢管脱空袁计算结果如下院表3拱肋不同位置脱空状态下的稳定值182科技视界Science&TechnologyVision根据计算结果可知袁脱空发生在各个位置首先失稳模态皆为横向半波对称弯曲袁未发生变化袁但安全系数会下降袁当在拱顶位置出现脱空时袁稳定安全系数最小袁在拱脚位置出现脱空对稳定安全系数影响最小遥5总结及防治措施经过以上计算结果可知袁脱空问题会弱化拱肋的竖向和横向刚度袁在相同荷载作用下脱空状态下拱桥竖向位移比完全粘结状态下的位移要大袁虽然各阶的面外失稳模态没变袁但脱空降低了拱桥的稳定安全系数遥脱空降低了拱桥的受力性能袁影响了拱桥正常运行及寿命袁但在实际情况中脱空不可避免袁需要采取一5.1些相应措施尽可能减轻脱空的影响遥在前设期计预阶防段采用保守安全的计算方法例如计算中不考虑钢管与混凝土之间的相互作用袁虽然会增加了点成本袁但会比较安全袁另外在设计时还有采用合适的拱桥参数如含刚率尧合理的内倾角尧横向支撑形式和5.2位置等来增强拱桥刚度袁减轻脱空的影响在中施期工预遥阶防段严控各个流程袁清除管内杂物袁使用水泥浆润滑钢管袁避免出现泵送混凝土堵塞袁均匀振捣混凝土袁排除管内多余空气袁也可以多加一些构造措施袁如在管内壁设置一些纵向加劲肋袁在拱肋内部设置横向的内法兰盘袁内法兰盘不与拱肋的内壁不紧密连接袁并且内法兰盘表面在周围开设洞袁在施工过程中5.3基本会形成空腔袁可以避免钢管变当后预期形遥防补措救施失效袁在施工完毕后或者运营阶段发现拱桥出现脱空现象袁需要采用一些措施进行补救遥一种方法是在检测出空洞的位置进行开孔袁补入改性环氧砂浆进行密实袁施工完毕进行二次检测袁这种方法的缺陷是对钢管有损伤袁影响美观袁而且有可能出现二次空洞袁另外一个方法是在原拱桥的钢管外再套上一个环袁材料是钢管混凝土袁分段施工袁采用法兰螺栓连接袁可提高拱桥的承载力袁但这种方法的缺点是费用较高袁施工困难遥咱版1咱社暂钟袁善铜援钢管混凝土揖结参构考(第文三献版铱)[M]援北京院清华大学出尔2暂钟2003.善桐援钢管混凝土中钢管与混凝土的共同工作[咱空3滨成暂饶建筑大学学报袁2001袁34(1)院6-10.J]援哈因德分军析,与张试玉验红观,土察忠[J建]援铁.钢道管建混筑凝袁土2005拱,肋45泵(3送):14混-凝16土.脱
