《揭秘超大直径自应力钢管混凝土索塔设计与施工关键技术[城市道桥与防洪]》由会员分享，可在线阅读，更多相关《揭秘超大直径自应力钢管混凝土索塔设计与施工关键技术[城市道桥与防洪]（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 2 0 1 4 年 1 O 月第 1 0 期 城 市道桥 与 防洪 桥梁结构7 1 求甚高 该专题研究的重点用有限元法分析界面 剪力 利用 国内外研究成果对界面粘结强度进行 检算 并采取必要措施 2 2 1 钢管与混凝土界面剪应力 采用有 限元法对 钢混凝土界面剪应力进行数 值模拟 计算出不同荷载工况下界面剪应力沿塔 身分布曲线 界面剪应力沿塔高方 向逐渐增大 塔 顶最大组合界面剪应力为 0 6 7 5 MP a 见 图 6 在 约 2 倍管径高度范围类界面剪应力较大 主要影 响因素是轴向力 雹 o 4 6 l 2 l 4 l 6 翰 0 舶 2 吕 3 0 8 2 3 4 3 6 3 8
2、2 d 4 d 6 4 8 菘 i j 6 图 6 分 项 界 面 剪 应 力 分 布 曲线 图 2 2 2 增加钢管与混凝土之 间粘结力的措施 国内外一些设计 规范给 出了钢管与混凝土之 间粘结强度的设计值 国内D B J 1 3 6 1 2 0 0 4 和 日 本规 范 A U规定 圆形钢管混凝土 的粘 结强度设计 值为 0 2 2 5 MP a 英 国规范 B S 5 4 0 0规定粘结强度 设计值为 0 4 M P a 欧洲规范 E C 4 规定圆形钢管混 凝土的粘结强度设计值为 0 5 5 M P a 塔顶附近最 大粘结力 为 0 6 7 5 MP a 大于四种规范 给出的粘结 强度
3、设计值 钢管混凝 土一般 假设钢和混凝土之 间的应变 是连续 的 而实际上它们之间的应变并非完全连 续 钢和混凝土之间存在着一定的滑移和粘结强 度 影响混凝土粘结强度的因素较多 主要有截面 形式 混凝 土龄期 和强度 钢管 径厚 比 长 细 比及 混凝土浇筑方式等 国内外很多学者对管 内混凝 土做推 出试验来测定混凝土与钢管之间 的粘结强 度 大部分研究结论认为圆钢管与混凝土粘结破 坏强度 为 1 2 MP a 塔顶 附近最大界面剪力虽大 于粘结强度设计值 但 也不会发生粘结破坏 规范 中给出的粘结强度是偏于安全 系综合考虑了钢 管混凝土 自身缺陷等因素而定的 但计算结果已 经表明了塔顶附近区
4、域钢管与混凝土粘结安全储 备较低 需要采取措施增加两者之间的粘结力 2 2 2 1 设置剪力钉 根据粘结应力分布特点 塔 顶 以下 5 m范 围 内焊钉 间距取 2 0 0 m m 5 m一1 0 m范 围内间距 取 3 0 0 m m 其余部分焊钉间距取 4 0 0 m m 设置焊钉 后钢管与混凝 土之 间最大粘结强度可达 3 1 MP a 2 2 2 2采用 自应 力混凝土 研 究表明钢管混凝土粘结强度 主要 由界 面摩 擦力提供 所 以除设置剪力钉外 钢 管混凝土采用 过补偿 收缩 的 自应力混凝土 在界 面处要求产生 1 1 1 4 MP a的压应力 2 3 钢管混凝土桥塔抗震性能研究
5、 钢管混凝土桥塔 的抗震性能 国内外均未有研 究 桥址 区地震烈度较高且两岸地震动参数不 同 主要采用理论计算分析 通过反应谱 非线性地震 响应 时程响应分析 分析 比较多点线性一致激励 多点非线性一致激励 以及多点非一致激励下钢 管混凝 土桥塔 内力 和位移 响应结果 研究高震 区 和两岸 地震 动参数不 同条件下钢管混凝 土桥塔抗 震性能 2 3 1 抗震结构体 系模拟 刘 家峡大桥为地锚式悬索桥 属 于柔性缆索 竖向支承体系桥梁 梁端纵向设置滑动支座 为了 限制纵 向位移 在跨 中设置了一组 中央扣 中央扣 除了起 到限制地震位移 的作用外 还可 以限制大 风作用下加劲梁的纵向位移 在梁
6、端需设置有横 向抗风支座 梁端横向位移被限制 为地震作用下 加劲梁横向提供刚性约束 吊索横向力可对其余 梁端横 向位移提供柔性约束 2 3 2 地震反应谱分析结果 见图 7 各种工况作用下 桥塔最大轴力为一 5 9 3 4 4 8 2 k N 最大纵 向剪力为 一 4 1 2 4 6 1 k N 最大横 向剪力为 1 7 0 3 7 3 k N 最大纵向弯矩为 8 4 0 4 0 8 9 k N In 最 大横 向弯矩为 5 3 9 9 0 7 5 k N m 2 3 3 地震反应 非线性时程分析结果 见图 8 E 2水 准 地 震 作 用 下 桥 塔 最 大 轴 力 为 一 3 2 7 3
7、6 3 k N 最大剪力为 一 4 5 5 1 3 2 k N 最大弯矩 为 9 0 3 7 2 4 4 k N I n 2 3 4 非一致激励地震反应的分析结果 见 图 9 图 1 0 2 3 5 桥塔易损部位的判断 见图 1 1 E 2 水准下 偶然组合最大值大于基本组合最 大值 偶然组合控制设计 塔底和距塔底 4 5 m处 截面是潜在易损部位 2 3 6 抗震性能研究结论 1 通过分别对三个方向激励的地震反应进行 反应谱分析和一致激励时程分析 纵向地震激励 的地震反应较大 两种方法分析的地震反应较接 近 但 采用 时程分析法 的结果略大 在 E 2水平 的 地震作用下 桥塔最大轴力为 3
8、 9 8 5 4 5 k N 最大剪 力为 3 1 6 6 1 k N 最大弯矩为 5 2 2 9 3 8 k N m 2 在纵 向抗震体系优化方面 设置两组 中央 0 0 O O 0 0 一 日 专 好据 2 0 1 4年 l 0 月第 l O 期 城 市道桥 与防洪 桥梁结构7 3 试件对 自由状态和限制状态下不同膨胀剂掺量混 凝 土的膨胀率和干缩率进行测试 对测试结果进 行 比较 选择适宜于大直径 自应力钢管混凝 土的 配合 比 并对钢管混凝土波速进行测试 确定出钢 管混凝土无损检测指标 3 1 1 混凝土 自应力 见表 1 表 1 混凝土 自应 力测定值 一览表 3 1 2 膨胀 率
9、见表 2 表 2 混凝 土膨 胀率测 定值一览表 从结果上进行分析 两者差别不大 并且与室 内试验数据接 近 最终选用 1 0 掺量的混凝土作 为施工配合 比控制依据 3 1 3 无损检测标准 超声 波检 测试 验段 钢管 混凝 土波 速均 在 4 2 6 1 4 9 7 3 m s之间 小于声 波在钢管 中的波速 约 5 4 0 0 m s 按 1 0 掺量配 比波速平均值 4 6 8 5 9 m s 作为实体混凝土的无损检测标准值 3 2 自爬升门架的设计和应用 结合现场条件和结构特性通过对起重机械调 研 自行设计和加工了自 爬升起重机械 设备结构的设计原理是 1 利用常规龙 门吊 起重桁
10、架和起重系统作为吊装机构 起重荷载通 过门架支腿的轻型桁架结构配合托盘传递到桥塔 实体上 整个系统受力简单明确 2 爬升门架提升 扁担梁系统 直接支撑于钢管实体上利用门架起重 系统完成门架的爬高 利用预埋在桥塔实体上的 锚 固装 置为起重 提供 足够的支撑力 爬升龙 门安 装节段钢管模拟见图 l 2所示 图 1 2 爬升 龙门安装 节段钢管模 拟图 4 结语 刘家峡大桥采用世界首座 自应力钢管混凝 土 桥塔 地震烈度高且两岸地震动参数不同 该桥所 在地 一甘肃省临夏州是 中国伊斯 兰教胜地 民族 风情 和宗教建筑特色鲜明 这些独特 的自然人文条 件带来 了技术的复杂性 通过设计 施工关键技术
11、研究 达到了如下效果或结论 1 桥梁的地域文化标志作用得到清晰的体现 从而使桥梁使用功能 结构性能 经济 景观等各式 皆备 增强了大桥的社会效应 2 掌握 了大直径钢管混凝土悬索桥桥塔界面 剪应力分布规律 确定了合理的自应力混凝土设计 和施工参数 在同质模拟试验基础上 综合考虑不 同温度情况下钢管 的变形规律及变形量 得到 了混 凝土与钢管粘结程度参数 自应力混凝土能够避免 高温阶段钢管膨胀变形与之产生的脱空现象 同时 也不会对钢管产生过大的破坏力 且钢管混凝土组 合结构的力学性能更佳 在模拟试验和实体检测数 据基础上总结 出的带剪力钉 的大直径 自应力 钢管 混凝土超声波检测标准 对同类工程
12、和相关规范修 编具有借鉴意义 3 掌握了高烈度 两岸地震动峰值不同条件 下 的钢管混凝土桥塔悬索桥抗震性能 指导了该桥 抗震设计 4 研发 的 自爬 升门架保证 了刘家峡大桥索塔 长大节段安全 顺利吊装就位 解决了山区悬崖峭 壁 便道蜿蜒曲折 施工场地狭窄等特殊地形条件 下 设备无安装条件和大型设备无法顺利进场的施 工难题 充分利用桥塔实体结构作为起重架附着 的 基础 使该起重架吊装高度范围无限增大 且 自重 轻 附属设备少 有效地降低了成本和缩短了工期 参 考文献 1 饶蕾 徐红 浅论伊斯兰风格的服饰图案与色彩 J 江苏丝绸 2 0 1 0 1 2 蔡绍 怀 钢管混凝 土结构 z 北京 中国建筑科 学研 究院 1 9 9 2 3 韩林 海 钢 管混凝土 结构 M 北京 科 学出版社 2 0 0 o 4 陈宝 春 钢管 混凝 土 拱桥 第 二版 M 北 京 人 民交 通 出版 社 2 0 0 7 5 唐茂林 沈锐利 强士中 大跨度悬索桥非线性静动力分析与软 件开发 J 桥梁建设 2 0 0 0 1 9 1 2 6 周福霖 工程结构减震控制 M 北京 地震出版社 1 9 9 6 7 J T G r B 0 2 0 1 2 0 0 8 公路桥梁抗震设计细则 s 8 范立础 大跨度桥梁抗震设计 M 北京 人 民交通 出版社 2 00
