《組合結構設計原理》結課論文

組合結構設計原理結課論文 學院：土木與交通學院 姓名：馬曉棟 學號：200903501鋼管混凝土在拱橋中的應用摘要：鋼管混凝土拱橋以其強度高、跨越能力大、施工便捷、經(jīng)濟效果好、橋型美觀等優(yōu)點在我國橋梁中得到了廣泛應用。本文介紹了鋼管混凝土拱橋的應用及理論研究現(xiàn)狀，對其發(fā)展優(yōu)勢及發(fā)展中存在的問題進行了分析，最后展望了鋼管混凝土拱橋的發(fā)展趨勢。關鍵詞：鋼管混凝土拱橋 現(xiàn)狀 發(fā)展Abstract: the concrete filled steel tubular arch bridge with its high strength, spanning capacity, construction is convenient, economic effect is good, bridge aesthetic advantages in our country in the bridge to a wide range of applications. This paper introduces the concrete-filled steel tubular arch bridge of the application and theory research present situation, the development advantages and developing existence problems have been analyzed, and the future development trend of concrete filled steel tube arch bridge.Keywords: concrete filled steel tubular arch bridge development present situation鋼管混凝土是將混凝土填充到鋼管內(nèi)形成的一種組合結構材料。這種材料具有承載力高、塑性韌性好、施工方便、耐火性能和經(jīng)濟效果好等優(yōu)點，工程上常應用于房屋建筑結構和橋梁結構中，其中在橋梁上主要應用于拱橋。一、鋼管混凝土拱橋的應用現(xiàn)狀水柏鐵路北盤江大橋1、鋼管混凝土結構是近十年來才應用于橋梁工程的。在我國，主要應用于拱橋。其發(fā)展非常迅速。從1990年起我國第一座大跨度鋼管混凝土四川旺蒼大橋建成至今，已建成和在建的鋼管混凝土拱橋已經(jīng)超過100座。近年來，轉體施工法在鋼管混凝土拱橋中的應用越來越多，如長江三峽的黃柏河大橋、貴州水柏鐵路北盤江大橋、廣州東南西環(huán)的丫髻沙大橋、江西德興太柏橋、廣西梧州桂江三橋、三峽蓮沱大橋等。北盤江大橋是水柏線(貴州六盤水云南柏果)上的控制工程，全長468.20米，其中主跨是236米的上承式鐵路單線拱橋，拱軸線為懸鏈線，拱軸系數(shù)M=3.2、矢跨比為1/4，鋼管拱截面由兩組4100016鋼管組成，上下游兩組鋼管拱在空間立面內(nèi)分別向內(nèi)旋轉6.5鋼管拱分成長度為7.18.6米之間的38個節(jié)斷，分別在兩岸山坡的膺架上拼裝焊接成整體，然后經(jīng)轉體到跨中合攏，其中六盤水岸逆時針轉體135，柏果岸轉體180 。2 、 施工測量精度要求鋼管拱成橋線型為中線限差L/5000=48 ，高程限差L/4000=59 ；拼裝時兩端口中心坐標誤差小于1 ；半跨成型后鋼管拱軸線偏差小于5 ；合攏后拱頂處軸線限差小于10，高程限差小于10 ；兩岸球鉸之間的跨距誤差小于2 ，高差誤差小于2 。在鋼管拱施工中測量的關健是使控制拼裝時的拱軸軸線誤差小于5 。3 、 施工控制網(wǎng)布設北盤江大橋橋位處地形異常復雜，北岸鋼管拱拼裝場地山坡坡比達1：1.5，南岸山坡坡比為1：2.5，主墩之間則是深達220米的懸崖。通視條件特別好，兩岸相互能看到對岸的每個點位，但自身岸由于受到山勢的限制，控制點之間通視條件很差。甲方只在兩岸提供了兩個相距約600米的軸線控制點ZD6和ZD7，上面附帶高程。經(jīng)復測發(fā)現(xiàn)其平面距離短了5 ，高差不符值則相差60，無法滿足控制點的起算要求，根據(jù)鋼管拱施工要求的精度，主要考慮到兩拱座球鉸之間的跨距精度要求（小于2 ）以及實際的地形和現(xiàn)有的儀器情況，布設了一條逆向精度平面控制網(wǎng)，即以保證兩球鉸的相對精度為 控制目標，而推至起始控制點精度的平面控制網(wǎng)。連徐路京杭運河大橋京杭運河大橋也是一座飛鳥式拱橋,但其拱肋為提籃式,主孔跨徑為235m,邊跨徑為57. 5m,施工時采用了豎向轉體施工法,于2002年建成。京杭運河大橋由主引橋組成,主橋主孔跨徑為235m,邊孔跨徑為57. 5m,主橋全長350m(圖5) 。大橋主拱為提籃拱,施工時采用半跨豎向轉體施工。大橋轉體示意圖重慶巫峽長江大橋 重慶巫峽長江大橋主孔跨徑達460m,是目前世界上跨徑最大的鋼管混凝土拱橋,也是世界上為數(shù)不多的跨徑大于400m的拱橋之一。該橋為中承式桁拱,采用斜拉懸臂纜索吊裝施工,于2005建成。無論在結構設計還是施工方面,該橋均有許多創(chuàng)新之處。大橋位于著名的三峽風景區(qū)巫峽入口處,橋面布置為凈15+21. 5m人行道。設計荷載為汽車- 超20級,掛車- 120,人群荷載3. 5kN/ m2?？傮w布置圖如圖14所示。拱肋采用鋼管混凝土桁架結構,拱頂截面肋高為7. 0m,拱腳截面肋高為14. 0m,肋寬為4. 14m,每肋上、下各兩根1220mm22(25) mm、內(nèi)灌C60的鋼管混凝土弦桿,弦桿通711mm16mm橫聯(lián)鋼管和610mm12mm的豎向鋼管連接而構成鋼管混凝土桁架。兩拱肋間橋面以上設置“K”形橫撐,橋面以下的拱腳段設置“米”字形撐,每道橫撐均為空鋼管桁架。拱肋與橋面交接處,設置一道肋間橫撐,全橋共設橫撐20道。吊桿采用1097mm的預應力環(huán)氧噴涂鋼絲,兩端采用OVMLZMT- 109型冷鑄錨具。吊桿橫梁和立柱橫梁為預應力混凝土組合截面梁,肋間橫梁為鋼橫梁。行車道梁為先簡支、后連續(xù)的預應力混凝土“”形連續(xù)梁。橋面鋪裝為厚8cm的鋼纖維鋼筋混凝土,全橋在兩岸橋臺處設兩道24cm伸縮縫。兩岸均采用“U”形橋臺,兩岸橋臺臺口寬度分別為19. 0m和55. 17m。引橋橋墩設計為明挖擴大基礎,現(xiàn)澆鋼筋混凝土的雙排樁。拱座設計為分離式的鋼筋混凝土拱座,橫向分別設三道鋼管混凝土橫撐,拱座基礎應置于穩(wěn)定的、完整的弱風化基巖上,要求地基允許承載力不小于3. 0MPa。鋼管拱肋采用斜拉懸臂法架設。施工中根據(jù)索跨大、起吊重量重(索跨576m,設計吊重128t)的特點, 為減小吊點(吊具)的配重,避免被動式承索器易發(fā)生鋼絲繩扭鉸的情況,開發(fā)應用了主動式承索器(主動式承索器獲得國家專利,專利號: ZL03234487. 2) 。此外,還開發(fā)出“可調索低應力夾片錨固系統(tǒng)”,獲國家專利(專利號:ZL03234873. 8) 。二、 鋼管混凝土拱橋的發(fā)展優(yōu)勢將鋼管混凝土應用于拱橋中，在力學性能、施工、經(jīng)濟以及美觀等方面，表現(xiàn)出很大的優(yōu)越性，極大促進了拱橋的發(fā)展。鋼管混凝土同套箍混凝土相同，一方面借助鋼管對核心混凝土的套箍約束作用，使核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使核心混凝土具有更高的抗壓強度和壓縮變形能力；另一方面借助內(nèi)填混凝土的支撐作用，增強鋼管壁的幾何穩(wěn)定性，改變空鋼管的失穩(wěn)模態(tài)，從而提高其承載力。二者的結合,充分發(fā)揮了兩種材料的優(yōu)點，相互彌補了彼此的不足。鋼管混凝土作為一種組合材料具有獨特的工作特性：彈性工作而塑性破壞,承載力高而極限壓縮變形大。非常適合以偏心受壓為主的拱橋。大跨度鋼管混凝土拱橋的發(fā)展優(yōu)勢還表現(xiàn)在施工上。修建大跨度拱橋的關鍵是施工方法。現(xiàn)代拱橋的施工方法已由以往在笨拙的滿堂支架上施工發(fā)展到無支架施工：諸如纜索吊裝法、勁性骨架施工法、懸臂拉索扣掛施工法及轉體施工法等。鋼管混凝土拱橋的施工過程是先制作和架設空鋼管拱肋，然后將混凝土灌入鋼管而成橋。這進一步大幅度地減輕拱結構勁性骨架的吊裝質量，使上述無支架技術如虎添翼。同時，采用泵灌頂升技術灌注管內(nèi)混凝土，無需振搗，借混凝土自重擠壓密實，工效高質量好。此外鋼管除與核心混凝土共同作為結構的主要受力部分外,在施工過程中可以作為支架和澆注管內(nèi)混凝土的模板，使得施工方便、快捷。工程實踐表明3，鋼管混凝土與鋼結構相比,在保持自重相近和承載力相同的條件下，可節(jié)省鋼材50% ，并節(jié)省大量的焊接工作；與普通鋼筋混凝土相比，在保持鋼材用量相近和承載力相同的條件下，構件的橫截面積可減少一半，從而使建筑空間得到加大，混凝土和水泥用量以及構件自重相應減少50% 。另外，鋼管混凝土本身的施工特點符合現(xiàn)代施工技術工業(yè)化的要求，可大量節(jié)約人工費用，降低工程造價。鋼管混凝土拱橋在造型藝術上也有著獨特的優(yōu)點。拱橋是個極富美感的橋型，它的美在于優(yōu)美的拱曲線孕育著強大的力量，產(chǎn)生一躍而過的力動感和跨越感，令人賞心悅目。鋼管混凝土拱橋以優(yōu)美的弧形拱肋與直線形的梁、立柱（或吊桿）結合，呈現(xiàn)出剛柔并濟、韻律優(yōu)美的綽約風姿。同時，鋼管混凝土拱橋在造型上以及拱肋的布置上呈多樣化。拱肋截面可以做成啞鈴形、三角形、四邊形等，拱肋數(shù)量可以是單肋拱、雙肋拱、三肋拱等，拱肋布置可以是平行橋面布置，與橋面斜交布置，兩拱肋在拱頂連接布置等。另外，按車承形式不同拱橋可以布置成上承式、中承式或下承式。這樣,可以根據(jù)功能和環(huán)境的不同采用不同的橋型和拱肋布置，使拱橋在滿足功能的要求上，與拱橋所處環(huán)境相協(xié)調，從而使拱橋更具美感。三、鋼管混凝土拱橋發(fā)展趨勢鋼管混凝土拱橋結構性能優(yōu)越，跨越能力大，結構體系靈活多樣，既可以做成有推力拱，也可以做成無推力的系桿拱，并能很好地適應不同地質與地形，外形優(yōu)美，因此倍受橋梁工程界青睞。近幾年隨著對鋼管混凝土結構研究的深入，鋼管混凝土拱橋跨徑記錄在不斷突破，形式在不斷創(chuàng)新，技術在不斷提高。原哈爾濱建筑工程學院鐘善桐教授曾撰文指出系桿拱橋的跨度可達600m左右。同濟大學的