拱架卸落的施工控制

拱架卸落的施工控制

这座拱桥被广泛应用于许多道路桥梁。随着拱桥跨径的不断增大,对施工技术的要求也越来越高。拱桥的施工方案(包括拱架形式、拱圈砌筑顺序、拱上建筑施工顺序、落架方法及顺序等)对结构的安全和内力、变形等影响很大。其中,拱架卸落顺序等落架方法,对确保大跨径拱桥的施工安全和工程质量尤其重要。1其他下几点要求拱架是支撑拱圈砌筑的临时构造物,对保证拱圈线形合理以及施工安全十分重要。为使拱架承受的荷载逐渐、平稳地传递给拱圈,落架必须按照合理的施工方案进行。拱架落架顺序除要求纵向从拱顶到拱脚、两岸对称、横向同步外,还有以下几点要求:1)满布式拱架卸落时,应分步进行,逐渐均匀降落;卸落量开始宜小,以后逐渐增大;应从拱顶向拱脚依次对称、循环卸落,直至拱架与拱圈完全脱离为止。2)混凝土强度达到设计要求时才能落架,如设计无特别规定,一般须达到设计强度等级的70%。跨径为20m及以下的拱桥,落架应在合龙后15～20d进行;跨径大于20m的拱桥,落架应在合龙30d后进行;当温度低于15℃时,应适当延后落架工期。3)落架不宜在裸拱情况下进行。跨径小于10m的拱桥,应在拱上建筑完成后落架;中等跨径实腹式拱,应在护拱完成后落架;空腹式拱桥宜在拱上建筑立墙完成后落架。若必须进行裸拱落架,需事先进行验算。2跨径边界的影响主拱圈在轴向压力作用下,将产生弹性压缩变形,会在无铰拱中产生弯矩和剪力。绝大部分拱轴线与拱脚压力线有偏移,需考虑拱轴偏离引起的恒载内力。用弹性理论对一般跨径的拱桥进行内力、变形的分析计算不会引起太大的偏差,但对较大跨径拱桥,则会引起很大偏差,因为其未考虑拱脚推力和拱轴挠度相互作用产生的附加应力的影响。此外,由于材料的弹塑性和混凝土徐变等非线性因素引起的影响也不可忽视。因此,需要对拱桥进行非线性分析时,一般需考虑几何非线性和材料非线性。因几何变形引起结构刚度改变的一类问题都属于几何非线性问题,包括单元形状和刚度的改变。3钢管拱架落架顺序控制分析四川省资阳市区某空腹式混凝土拱桥全长61.02m,计算跨径45m,主拱圈采用等截面悬链线,拱轴系数2.24,扣件式满堂钢管支架施工。为考察拱架卸落顺序对拱圈应力和变形的影响,采用MIDAS/CIVIL结构分析软件进行仿真模拟,分析不同落架顺序下主拱圈线形和应力的变化规律。钢管拱架落架顺序对主拱圈的应力、变形影响很大,因此在落架过程中需对主拱圈变形和应力进行实时观测,应力和变形观测点对称布置于拱顶、L3/8、L/4、L/8等截面的顶面。应力监测采用弦式数码应变计,将其牢固粘贴在主拱圈典型截面上,并用配套的智能读数仪采集应变值,得出测点应力。测点的观测应力值和实际应力存在偏差,测得的应力值包含混凝土收缩徐变的换算应力在内。主拱圈变形采用垂球法和全站仪反光片法进行观测,将观测值相互校核。垂球法具有简单、经济的特点,但垂球的悬吊钢丝长度受温度的影响较大。4钢管支架模拟分析对上述空腹式混凝土拱桥进行分析时,有限元模型可采用多种单元形式,如杆、梁单元、板单元、实体单元等。由于本桥主拱圈宽跨比较大,为保证计算精度,采用MIDAS/CIVILE软件梁格法建模,考虑非线性影响进行分析。将拱桥上部结构用等效的梁格模拟,钢管支架采用只受压的弹簧单元模拟。主拱圈沿宽度方向分为32个拱片,每片宽0.5m。建立虚拟横梁模拟每片拱圈的横向联系,钢管支架立杆纵横向间距均为50cm,模型见图1。其余构件以荷载的形式考虑,施加在相应单元上。分析时,为模拟主拱圈支架卸落方案,将拱架在水平面上投影对应的区域划分为32块(用①～(32)表示)区域(图2),用不同落架顺序对32块区域内的钢管进行倒拆计算。根据钢管拱架落架的一般要求,结合施工现场情况,选出了4种落架方案,每个方案均分为4个步骤进行落架,见表1,并采用MIDAS/CIVILE软件模拟分析不同落架顺序对主拱圈应力和变形的影响。5拱脚变形方式优选经软件分析,得到上述4种不同落架方案各测点应力和竖向位移值,分别将拱顶、左侧拱脚、右侧L/4处的应力和竖向位移值用折线图表示,见图3～7,其中位移以测点向下移动为正,应力以测点受压为正;CS1～CS4表示不同落架方案的落架步骤。针对以上4种不同落架方案,对比L/4截面和拱顶的应力、位移折线图,可以看出,采用方案4的顺序卸落拱架时,各测点的应力、位移无论是绝对值还是变化率都较大,因此方案4为最不利的落架方案。从图7可以看出,采用方案2～4的顺序卸落拱架时,拱脚截面均出现了较大的拉应力。采取方案2的顺序落架时,拱脚截面拉应力最大值达到3.7MPa,超过了C40混凝土抗拉强度2.4MPa的标准值,将造成拱脚截面混凝土开裂,甚至可能出现工程事故。由图3可以看出,采用方案2～4的顺序落架时,L/4测点均出现了负向(向上)位移,且位移变化率快,将导致拱桥成桥线形不能满足设计要求。而采用方案1顺序落架,测点未出现拉应力,压应力绝对值也较小,应力、位移的变化曲线也较为平滑,故方案1是比较理想的落架方案。在现场实际施工中,由于拱圈宽(48m,由3幅组成,每幅16m)、拱架高和落架工人数量不足等原因,第1幅主拱圈拱架卸落过程未采取横向同步、纵向对称的原则,主拱圈拱脚出现了较大拉应力,线形也不够理想。经及时纠正落架顺序,第2幅、第3幅测点位移和应力值都有了明显改善。图8～10为现场观测的拱脚和L/4(右)截面应力、变形折线图,从图中可以看出,第2幅、第3幅所设测点的应力和位移值较小,变化曲线平滑,较第1幅有了很大改观。6落架顺序确定本文结合工程实际,对钢管拱架在不同落架顺序下主拱圈控制