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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流某钢管混凝土拱桥拱肋悬索吊装施工中的扣索计算.精品文档.某钢管混凝土拱桥拱肋悬索吊装施工中的扣索计算第13卷第1期2004年3月湖南城市学院(自然科学版)JOURNALOFHUNANCITYUNIVERSITY(NaturalScience),b1.13No.1Mar.2004某钢管混凝土拱桥拱肋悬索吊装施工中的扣索计算王灿辉.一,周先雁,金文成,陈湘亮(1.华中科技大学土木T程与力学学院,湖北武汉430074;2.湖南城市学院土木工程学院,湖南益阳413000;3.中国建筑第五工程局第五公司,湖南长沙410000)摘要:斜拉扣挂施工中索力计
2、算复杂.根据零弯矩法概念,推导出拱肋节段吊装中各施工阶段扣索索力的计算公式.此方法可计算任意多段扣索索力,既可计算拱肋在施工过程中各节段临时铰接情况,又可计算各节段固接情况,计算简便,适于编程.计算中对拱肋自重采用积分法计算,避免了常用的简支梁模式计算中重心偏离的误差.并将此方法进行了具体应用.关键词:零弯矩法;索力;节段铰接;节段固接;自重;积分求矩中图分类号:U445文献标识码:A文章编号:l6727304(2004)0卜000703益阳资江三桥是连接益阳城区桥南与桥北的一座特大型城市桥梁.该桥主桥全长559m,其中主孑L长318m,跨径组成为96m+108m+96m(净跨),是3不等跨桥
3、面连续钢管混凝土中承式拱桥,主桥立面图见图1.主桥主孑L共有6片钢管拱肋,其中,中孑L跨径为108m,净矢跨比为1/4.0,由2l300mrm<14mm钢管焊接成截面高度为2.8m的哑铃形二次抛物线拱,中孔设置有2片分离式钢管混凝土拱肋,2肋中心距21.3m,2肋间设有5道X型空间钢管格构横撑.拱肋施工采用缆索吊机加扣索的方案进行空中无支架悬拼拼装.每片拱肋分3段吊装悬拼,最大吊重500kN.该桥施工过程中因吊装质量大,对吊装过程中的扣索索力计算要求更高.在施工中的索力计算中总结出了零弯矩法.精度更符合工程要求.1扣索索力计算工程上扣索索力多为手工计算,笔者应用零弯矩法来计算各施工阶段扣
4、索索力.所谓零时%80600弯矩法也就是指通过张拉扣索,人为地调整斜拉扣索索力,使各拱肋节段在接头处的弯矩为零,视节段为铰接,采用节点力系平衡原理,逐段递推求解各接头弯矩为零时的各阶段索力.该方法能满足拱肋在吊装过程中节段之间采用临时铰接接头弯矩的实际计算图示,也能适应于拱肋节段吊装过程中固接(焊接)的情况,因为即使焊接也可以通过张拉扣索人为地调整斜拉扣索索力使接头弯矩为零.该方法的优点还在于运用积分方法精确计算自重力矩,避免求解节段重心,且力臂长度计算精确,适用于任意多段拱肋吊装的索力计算;而工程中过去常用方法是将曲线梁简化为斜直梁简支于各节点上,由于重心的偏差使计算存在误差.1.1计算公式
5、推导1.1.1各段拱肋对接点的自重弯矩与自重剪力设拱肋横截面面积为A,容重为,.,拱肋分为若干段施工,现从拱肋号节段上取出一个微元段出(图2),微元质量为出.r.A,微元距拱顶r的水平距离为.为拱桥计算跨径,为微元dd600%00600图1主桥立面图收稿日期:20040105作者简介:王灿辉(1973一),女.湖南桃江人,讲师.硕士生.主要从事桥梁施工控制技术研究与应用8湖南城市学院(自然科学版)2o04年第l期段距拱顶截面的水平距离系数),则节点i,到拱顶的距离为?L,?;拱肋其余各段分段点参数取值相同.如图3所示,则各段拱肋所划分的所有微元对节点f的力矩为/1x-r.?一?,可得=等?,.
6、?(一)?i_d.(1)图2从拱肋号节段上取图3所有微元对节点f的力矩出一个微元若拱肋为等截面,则式(1)可改写为等胎-硒;(2)当为抛物线拱时,M可以进一步简化为AL2(,.I2),(3)丽:廊.同理可以求出节段的自重;Ax-r出=_d.对于等截面抛物线拱,r/2?S,(4)1+77d,其中,伪拱肋计算矢高,77:兰.1.1.2各施工阶段索力采用力矩平衡原理,对各节点进行受力分析,由此可得出各施工阶段不同受力状态下的索力.(1)取节段分析,对节点i有ZM:0,推导出索力通式+女X1+厶一Hhl一-V,?X,=0其中,=COS,=,sint,.由此求得1扣索拉力=丝X+?L.一H,hynCOS
7、+Xsint(5)式中,为节段自身恒载到节点珀勺力矩:Ot为节段自重;为作用在第节段上的其它荷载,如肋间横系梁,临时横系粱或其它施工荷载;为距节点朋勺水平距离;为不同施工阶段节段上斜拉扣索的张拉l力;为斜拉扣索水平倾角;,.,.为在总体坐标中l扣索到节点的水平距离和竖向距离;L.,h.为在总体坐标中节段的水平投影长和竖直投影长;,H,Vj,H,为作用在节段接头f,.,上的竖向力和水平力,它由上一节段传递而来.(2)公式的应用中,由于,由各施工阶段确定,不同施工阶段,同一索索力不同.例:某一钢管拱桥,拱肋分7段吊装,共须采用6根扣索,由于对称只须求3根扣索索力,第一段拱肋上扣索为1,运用此公式求
8、解1索力时,分3种工况:工况1:只吊装节段拱肋并扣于1扣索上,此时-0,H:0.工况2:节段拱肋吊装扣挂完毕时,为第二段拱肋传递于节段的反力,.工况3:节段拱肋吊装扣挂后,H,为节段,节段拱肋传递于节段的反力,.1.2索力计算流程以上提出的零弯矩法计算索力是针对吊装过程中各节段之间要采用临时铰接或固接或部分铰接的施工特点而提出的一种新方法,资江三桥施工中索力计算采用了这种方法,现以此进行实例计算.该桥每片拱肋分3段吊装,各节段之间采用铰接接头,吊装扣挂系统如图4所示.1.2.1结构受力分析图4钢管拱肋悬索扣挂吊装首先,针对实际施工状况,作如下结构受力分析和假定:(1)架设过程中,拱脚安装了铰,
9、没有弯矩;(2)其余大段接头在用I临时螺栓连接时可视为铰接,节点弯矩为0,当施焊固接后不再存在铰接头,节点承受弯矩不再为0;(3)索塔下端为铰,塔底弯矩为0,扣搭采用缆风进行前后同定,水平位移极小,对整个结构受力可认为不受影响.1.2.2计算三段拱肋吊装各节段长分别为:南岸段Sl=43.563m,质量为492.1kN;中段,=43.563m,第13卷王灿辉等:某钢管混凝土拱桥拱肋悬索吊装施工中的扣索计算9质量为425.7kN;北岸段S=40.86m,质量为491.2kN,质量已包括吊杆预埋件质量.3段吊装只须2根扣索,因对称只须计算l根索的索力,扣索扣点位置距拱脚截面中心的水平距离b.:25m
10、,拱肋为等截面,容重y已知,上下管外径l300mm,壁厚14mm,截面面积为A,计算步骤如下:第一步:计算吊装节段时l索索力,其吊装节点计算简图见图5.此时:0,H,=0,运用公式(3)计算s,图5吊装节点计算简图华(iSI-$2).其中,叼=,J=厕J:._d.1:M:MYTicosa+XTisina20.7cosl3.3o+25sin13.3第二步:吊装中间段,由于中间段是合龙段,因此不必在中间段设扣索,只需将中间段质量的25%50%作用在南岸,北岸两节段的悬臂接头上,有时为考虑合龙时产生的冲击作用,计人一冲击系数,这时南岸,北岸节段的悬臂接头上作用力有=中问段(0.20.5)x0+),:
11、0.按以上计算可得各节段扣索索力值见表1.括号内数据为根据斜直梁简支模式计算法求得,也即假定每段拱肋刚度相对于扣索刚度为极大值,视为刚体,各吊装段质量按简支斜梁模式分配于接头处.由于节段重心误差,使计算结果与实际状况存在误差(略高);零弯矩法根据每段拱肋的实际情况计算,各吊装段质量按抛物线曲梁模式进行积分计算,消除上一模式中的节段重心误差,是一种精确计算方法.表l各节段扣索索力值kN2结语笔者推导的拱桥节段施工斜拉扣挂索力仿真计算公式,具有一般性,既可用于一般钢筋混凝土拱桥中的拱箱(肋)吊装扣索计算,又可用于钢管拱桥,钢桁架桥等吊装扣索多组索力的计算.本方法不需计算拱肋节段重心和常规的力臂长度
12、.计算简便,计算精度高,而且非常适于编程.它解决了拱肋节段固结时扣索索力的难题,尤其是拱肋节段吊装几段后即封铰状态下的索力计算.参考文献:【l】周水兴.顾安邦.李炎.等.钢管混凝土拱桁架架设斜拉扣挂索力仿真计算研究【c.中国公路学会桥梁和结构_T程学会1999年桥梁学术讨论会.北京:人民交通出版社.1999.【2范立础.桥梁_T程:下册【M】.北京:人民交通出版社.1985.【3钟圣斌.桥梁计算示例集一拱桥:二【M】.北京:人民交通出版社.1996.CalculationoftheTemporaryStaysintheErectionofSteelTubeArchRibsbySuspender
13、MethodWANGCanhui,JINWencheng,ZHOUXian-yan,CHENXiang-liang3(1.SchoolofCivilEngineeringandMechanics,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan,Hubei430073,China;2.SchoolofCivilEngineering,HunanCityUniversity,Yiyang,Hunan413000,China;3,FifthConstructionCompanyofCCFED,Changsha,Hunan410000,Ch;na)Abst
14、ract:Itisverycomplicatedtocalculatethetensionofcableintheerection.Onthebasisofconceptionofzeromoment,wecandeducethecomputationalformulaofthetensionofcableinthedifferentconstructionstageofthesteeltubearchribs.Accordingtoit,wecancalculatethetensionofcablenotonlywhenitistemporarystaysbutalsowhenitisfixed.Anditisveryeasytocalculateandsuittoprogramme.Throughtheintegralcalculationtothedeadweightofribs.Itcanavoidthecentroiddepartureerrorofthemodelofsimplysupportedbeam.Keywords:zeromoment;theteneionofcable;temporarystays;stays;deadweight;calculatemomentthroughintegral(责任编校:典子)