大跨度石拱桥施工仿真分析在上的实现

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大跨度石拱桥施工仿真分析在上的实现

(1.Department of Bridge Engineering Tongji University Shanghai 200092 China ; 2. Scientific Research Office Southwest Jiaotong University Chengdu 610031 China)

石拱桥为我国山区公路桥梁中常见的桥式,但对于跨度达146m世界少见的跨度现已 通车的石拱桥其施工难度是很大的.施工中必须以拱架砌筑.因石拱桥本身自重大,使得施 工拱架受力大而复杂按传统的计算理论就难以确切地给出整个施工过程各构件的受力情况 运用大型有限元软件ARGORR12对石拱桥拱架施工全过程进行仿真分析能够更全面把握各 施工阶段拱架和砌体结构的受力和变形使施工安全得到保证

新桥为例进行介绍,供今后类似工程参

石拱桥拱架施工仿真分析的实施

传统的桥梁拱架计算中采用了许多假设诸如分别多平面、上下部结构分离计算、铰接与 刚性连接假设等简化手段.且通常取70%拱圈重量直接作用于拱架按平面桁架计算或将拱 圈考虑为二维实体元计及与拱架的联合作用进行计算.计算结果难免不够详实和不够准确, 采用全桥结构仿真分析(StructureSimulationforEntireBridge1],可以进行全桥分析,从上 部结构到地基基础进行耦合分析建立了包括整座桥梁和拱架所有杆件在内的空间组合有限 元模型,使计算结果更接近实际.在建立仿真分析计算模型的过程中考虑的主要原则如下: 1结构形状包括构件的长度、宽度、厚度等变化的要求2材料特性(包括材料的弹性模 量、容重、泊桑比、线膨胀系数等变化的要求3施工荷载实际作用模拟的要求4问题求解的 计算精度5计算求解过程中避免出现病态问题6材料的本构关系尽可能符合实际 分析时运用可靠的数值分析方法对模型进行大规模的结构效应计算经反复分析比较计 算并借助丰富有效的图形显示软件对计算所输出的大量数字信息进行可视化处理对各部 位的位移、应力、应变等计算结构的分布可以从图像上直接进行分析判断 此处是运用ALGORR12软件实现石拱桥拱架施工仿真分析的,它是基于Windows操作系 统的有限元分析软件其前处理模块支持在同一文件中运用多种类型单元建立组合模型,使拱 架施工仿真模拟更为方便.对其计算步骤和方法以实例说明如下

工拱架高达70m,自重较大且拱圈坛工重量巨大因此钢支架能否承受 向力和水平力是分析计算关心的重点.现取钢支架2号、5号及7号塔架

周岑等:大跨度石拱桥拱架施工仿真分析在ALGORR12上的实现

每个塔架与基础相连的四根较短杆件轴力分析结果与传统计算方法所得结果2比较列于表 1塔架标号如图2所示)其中仿真MAX"指每列塔架(横向共5排共20根)柱靴轴力最大 值数值为轴力大小均为压力).由此可以看出: 表1塔架柱靴轴力比较(单位:

表1塔架柱靴轴力比较(单位

1塔架柱靴轴力比较(单位)

问题.钢支架应力的最不利工况为第五环拱圈合拢并作用有横向风力、施工人员及机具重量 由仿真分析计算结果可知最大杆件压应力为-208.0MPa最大杆件拉应力为89.5MPa绝大 部分的杆件应力值分布区域在从-170.0到86.0MPa之间.其受力均在允许范围, 产生最大压力的杆件共有两根分别是第8号塔架第一根横梁上第一、二节间右侧竖杆 压应力水平最大的几组杆件位置及应力范围如表2及图2所示

社区祠堂修复古建文保类工程施工组织设计表2最大应力杆件位置及应力范围(单位MPa)

分析结果显示最大应力杆件位于8号塔架第二道横梁以下区域其主要原 承受较大轴力且梁柱联结部位受力复杂塔架实为压弯构件.设计时在此 部加强.实现结构安全受力的目的

图2最大压应力杆件位置示意图

石拱桥拱架施工仿真分析模型能较确切地模拟桥梁构件的空间位置、几何尺寸、材料特 性、连接形式、荷载作用等.仿真分析结果也较直观、详尽、符合实际在石拱桥拱架施工分析中 具有良好的应用前景 今后可通过实时监测系统采集拱架的真实变形和受力情况,并据此及时修正仿真分析模 型使施工仿真分析和施工沿智能化和集约化方面发展使实际工程能更安全、快速施工

[1]郑凯锋陈宁张晓翘.桥梁结构仿真分析研究J].桥梁建设1998(2) [2]李华牛学勤.特大石拱桥拱架结构的设计与计算J].桥梁建设1999(3) [3]周岑.大跨度石拱桥全桥结构仿真分析研究D1.成都西南交通大学2000

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