本發(fā)明涉及橋梁施工，尤其涉及一種連續(xù)鋼管混凝土系桿拱橋的施工計算方法。

背景技術：

1、鋼管混凝土拱橋的拱肋安裝完成后，利用空鋼管桁架拱作為模板，灌注鋼管內的混凝土。管內混凝土會產生水平推力，一般的拱橋修建在地形好的山區(qū)時，通常依靠拱座和山體來抵消拱腳的水平推力。當拱橋修建在平原時，多采用帶有橋墩的系桿拱橋，通過系桿的拉力來抵消拱腳的水平推力。對于系桿拱橋而言，橋墩承受著水平推力，為結構受力的薄弱位置。若系桿張拉力不合理，可能導致橋墩承受過大的水平推力而引起橋墩底部拉應力過大，進而影響結構安全。管內混凝土在灌注過程中和灌注完成后，應保證橋墩底部應力不超過容許的拉應力，鑒于施工偏差和安全考慮，橋墩底部應力應保證為壓應力。然而，當系桿拱橋為多跨連續(xù)拱橋時，為了控制橋墩底部的拉應力，需要采用有限元反復的試算管內混凝土的灌注順序和系桿張拉力，這不僅工作量大和效率低，而且系桿需要張拉多次，增加了施工的復雜性，更重要的是很難取得完美的效果。

2、因此對于在平原地區(qū)修建多跨鋼管混凝土系桿拱橋來說，在灌注混凝土施工階段，找到一種安全、適用、經濟、快速、高效的管內混凝土灌注順序和系桿力計算方法，不僅能保證結構的受力安全，同時簡化系桿張拉程序，降低施工難度。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)鋼管混凝土系桿拱橋的施工計算方法，以解決現(xiàn)有技術使用有限元反復試算管內混凝土的灌注順序和系桿張拉力的問題。

2、為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是這樣的：一種連續(xù)鋼管混凝土系桿拱橋的施工計算方法，所述拱橋包括多個橋墩，并在橋墩之間設有系桿，在相鄰橋墩之間設有由鋼管制成的拱肋，包括如下步驟，

3、a)根據(jù)拱橋的受力特點確定橋墩在拱肋鋼管中灌注混凝土時的控制點；

4、b)確定向拱肋鋼管中灌注混凝土的過程對所述控制點處所產生的應力的影響線；

5、c)計算應力影響線沿拱肋鋼管中混凝土灌注長度的積分面積，并計算灌注混凝土對所述控制點處所產生的第一應力；

6、d)計算系桿在張拉時對控制點處所產生的第二應力；

7、e)根據(jù)控制點處的應力平衡條件通過第一應力和第二應力確定系桿的張拉力和張拉方式，以及拱肋鋼管的混凝土灌注方式。

8、作為優(yōu)化，所述橋墩為五個，并依次編號為1號墩、2號墩…5號墩，以形成兩個邊跨拱肋和兩個中間跨拱肋，其中，邊跨拱肋的拱徑小于中間跨拱肋的拱徑，所述控制點為1號墩和2號墩沿拱橋長度方向的相對兩側的中心位置，并計靠近中間跨的一側控制點為2號點，遠離中間跨的一側控制點為4號點。

9、作為優(yōu)化，通過建立拱橋的有限元模型，確定控制點和計算向拱肋鋼管中灌注混凝土的過程對所述控制點處所產生的應力的影響線，以及計算積分面積和根據(jù)拱肋鋼管中的混凝土線重量計算第一應力。

10、作為優(yōu)化，所述拱肋包括左右平行設置的兩條，每一條拱肋均包括四根平行設置的鋼管，并兩條拱肋的鋼管對稱編號為1號鋼管、2號鋼管、3號鋼管和4號鋼管；當所有拱肋灌注混凝土完成后，1號墩和2號墩的2號點和4號點處的第一應力通過下式計算：

11、

12、式中，通式表示i號墩的j號點處由拱肋鋼管中灌注混凝土引起的第一應力，通式表示當?shù)趉跨的左右兩條拱肋中單根鋼管灌注混凝土在i號墩的j號點處所引起的應力，其中，i表示橋墩編號，j表示控制點位置編號，k表示拱肋位置編號，q表示該應力由鋼管內的混凝土引起，n表示拱肋的鋼管數(shù)量，r表示右側拱肋，l表示左側拱肋。

13、作為優(yōu)化，所述系桿包括長系桿和短系桿，并編號為1號系桿和2號系桿，所述長系桿的兩端錨固在1號墩和5號墩上，短系桿的兩端錨固在2號墩和4號墩上；系桿張拉時在1號墩和2號墩的2號點和4號點處產生的第二應力由下式計算：

14、

15、式中，通式表示l系桿張拉時在i號墩的j號點處產生的第二應力，通式表示l系桿單位張拉力對i號墩的j號點處應力的影響量，其中，f(l)表示l系桿的張拉力，l表示系桿編號。

16、作為優(yōu)化，所述平衡條件為保證控制點的應力在向拱肋鋼管中灌注混凝土時以及張拉系桿時均為壓應力，即，

17、當拱肋中全部灌注混凝土完成后，需滿足：

18、

19、通式表示在灌注鋼管內混凝土前，由拱肋鋼管自重產生的應力；

20、當張拉系桿時，需滿足：

21、

22、根據(jù)式9、10、13確定長系桿的張拉力取值范圍，根據(jù)式11、12、14確定短系桿的張拉力取值范圍，若張拉力取值范圍無解，則張拉方式采用分次張拉，分次張拉的張拉力取值范圍通過向拱肋的預設數(shù)量的鋼管中灌注混凝土完成后的應力計算，直至張拉力取值范圍有解，且張拉時機選擇在灌注完成該預設數(shù)量的鋼管中的混凝土灌注后進行張拉。

23、作為優(yōu)化，所述灌注方式包括，左右兩條拱肋對應編號的鋼管同時灌注，先灌注其中一跨邊跨拱肋的1號鋼管，再灌注另一邊跨拱肋的1號鋼管，再灌注其中一跨中間跨拱肋的1號鋼管，再灌注另一中間跨拱肋的1號鋼管，依次循環(huán)灌注2號鋼管、3號鋼管和4號鋼管，至完成整個拱肋鋼管的灌注。

24、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

25、(1)給出了一種計算系桿張拉力和張拉時機的方法，避免了采用有限元反復計算。

26、(2)通過計算能夠減少系桿張拉次數(shù)，保證橋墩底部不出現(xiàn)拉應力，解決了在灌注混凝土過程中反復張拉系桿的問題。

27、(3)左右側拱肋的鋼管同時灌注混凝土，代替了現(xiàn)有方法單根灌注時間周期長的問題，另外，左右側拱肋同時灌注，可有效的解決拱肋豎向變形不一致的問題。

技術特征：

1.一種連續(xù)鋼管混凝土系桿拱橋的施工計算方法，所述拱橋包括多個橋墩，并在橋墩之間設有系桿，在相鄰橋墩之間設有由鋼管制成的拱肋，其特征在于：包括如下步驟，

2.根據(jù)權利要求1所述的一種連續(xù)鋼管混凝土系桿拱橋的施工計算方法，其特征在于，所述橋墩為五個，并依次編號為1號墩、2號墩…5號墩，以形成兩個邊跨拱肋和兩個中間跨拱肋，其中，邊跨拱肋的拱徑小于中間跨拱肋的拱徑，所述控制點為1號墩和2號墩沿拱橋長度方向的相對兩側的中心位置，并計靠近中間跨的一側控制點為2號點，遠離中間跨的一側控制點為4號點。

3.根據(jù)權利要求2所述的一種連續(xù)鋼管混凝土系桿拱橋的施工計算方法，其特征在于：通過建立拱橋的有限元模型，確定控制點和計算向拱肋鋼管中灌注混凝土的過程對所述控制點處所產生的應力的影響線，以及計算積分面積和根據(jù)拱肋鋼管中的混凝土線重量計算第一應力。

4.根據(jù)權利要求2所述的一種連續(xù)鋼管混凝土系桿拱橋的施工計算方法，其特征在于，所述拱肋包括左右平行設置的兩條，每一條拱肋均包括四根平行設置的鋼管，并兩條拱肋的鋼管對稱編號為1號鋼管、2號鋼管、3號鋼管和4號鋼管；當所有拱肋灌注混凝土完成后，1號墩和2號墩的2號點和4號點處的第一應力通過下式計算：

5.根據(jù)權利要求4所述的一種連續(xù)鋼管混凝土系桿拱橋的施工計算方法，其特征在于，所述系桿包括長系桿和短系桿，并編號為1號系桿和2號系桿，所述長系桿的兩端錨固在1號墩和5號墩上，短系桿的兩端錨固在2號墩和4號墩上；系桿張拉時在1號墩和2號墩的2號點和4號點處產生的第二應力由下式計算：

6.根據(jù)權利要求4所述的一種連續(xù)鋼管混凝土系桿拱橋的施工計算方法，其特征在于，所述平衡條件為保證控制點的應力在向拱肋鋼管中灌注混凝土時以及張拉系桿時均為壓應力，即，

7.根據(jù)權利要求4所述的一種連續(xù)鋼管混凝土系桿拱橋的施工計算方法，其特征在于，所述灌注方式包括，左右兩條拱肋對應編號的鋼管同時灌注，并先灌注其中一跨邊跨拱肋的1號鋼管，再灌注另一邊跨拱肋的1號鋼管，再灌注其中一跨中間跨拱肋的1號鋼管，再灌注另一中間跨拱肋的1號鋼管，依次循環(huán)灌注2號鋼管、3號鋼管和4號鋼管，至完成整個拱肋鋼管的灌注。

技術總結
本發(fā)明公開了一種連續(xù)鋼管混凝土系桿拱橋的施工計算方法，包括a)根據(jù)拱橋的受力特點確定橋墩在拱肋鋼管中灌注混凝土時的應力控制點；b)確定向拱肋鋼管中灌注混凝土的過程對所述應力控制點處所產生的應力的影響線；c)計算應力影響線沿拱肋鋼管中混凝土灌注長度的積分面積，并計算灌注混凝土對所述控制點處所產生的第一應力；d)計算系桿在張拉時對控制點處所產生的第二應力；e)根據(jù)控制點處的應力平衡條件通過第一應力和第二應力確定系桿的張拉力和張拉方式，以及拱肋鋼管的混凝土灌注方式。本發(fā)明計算簡單，能夠快速簡便的確定施工順序，提高了施工效率和安全性。

技術研發(fā)人員：劉增武,蘇文明,王秋亞,張?zhí)?br/>受保護的技術使用者：山東交通學院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15