拱軸系數(shù)

物理意義：實(shí)腹式拱橋的拱軸系數(shù)為拱腳截面的荷載集度與拱頂截面的荷載集度之比。

幾何意義：反映拱軸線曲率的大小。

特征值越大，說(shuō)明拱橋的承載能力越強(qiáng)，穩(wěn)定性也越強(qiáng)。其中鋼管混凝土拱橋采用范圍多為1.2~2.8。進(jìn)行預(yù)拱度設(shè)置時(shí)，若采取反“M"形變形分配預(yù)拱度，拱軸系數(shù)需相應(yīng)降級(jí)。f/L=1/5~1/7時(shí)降半級(jí)；f/L=1/8~1/10時(shí)降一級(jí)。

1.1結(jié)構(gòu)概況

某上承式無(wú)鉸鋼桁拱橋,凈跨度400 m, 凈矢高80m ,矢跨比1/5 ,拱軸線為懸鏈線,拱軸系數(shù)m =1 .9,拱圈為鋼桁架,由3 片鋼桁架拱肋構(gòu)成,桁高10m ,上、下弦桿均采用鋼箱,高1 .5m ,寬1 .0m 。拱上建筑采用梁式腹孔,腹孔布置為16×27 m,共設(shè)15個(gè)拱上立柱, 2個(gè)交界墩。拱上立柱采用箱型鋼排,橫向?yàn)?根鋼箱截面立柱,鋼箱橫橋向?qū)?.0m, 順橋向高1.7～0 .9m 。橋面系采用鋼-混凝土疊合連續(xù)梁,僅在交界墩頂設(shè)置伸縮縫,鋼縱梁高1.7m, 每6 .75 m 設(shè)1 道橫梁,橋面縱坡為1 .6%。全橋除在伸縮縫處布置單向活動(dòng)支座外, 其余立柱頂均布置固定支座。

1 .2 計(jì)算方法

本文采用時(shí)程分析法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析,具體為線性加速度時(shí)程積分, 即Newmark法中δ=0.5 , α=0 .25 的情況。

1 .3 有限元模型

結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)采用有限元法進(jìn)行分析,所采用的單元以梁?jiǎn)卧獮橹?主拱弦桿、腹桿橫向連接桿件、拱上立柱均采用空間梁?jiǎn)卧獊?lái)模擬, 橋面鋼縱、橫梁也離散為空間梁?jiǎn)卧?混凝土橋面板及后澆層則采用板殼單元來(lái)模擬,建模中考慮混凝土橋面板應(yīng)位于鋼縱、橫梁頂,這樣橋面剛度和質(zhì)量的幾何位置才準(zhǔn)確, 在鋼縱、橫梁?jiǎn)卧蜆蛎姘鍐卧g設(shè)置剛臂來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)結(jié)構(gòu)支承情況,拱肋上、下弦、拱腳處斜腹桿、過(guò)渡墩的邊界條件均取為與地基剛接,橋面與立柱間的固定支座、活動(dòng)支座均采用桿端自由度放松來(lái)模擬。結(jié)構(gòu)阻尼比取為0 .02。

1 .4 激勵(lì)模型

在時(shí)程分析中, 選用的地震激勵(lì)通常包括:實(shí)測(cè)時(shí)程、根據(jù)橋位場(chǎng)地地震危險(xiǎn)性分析提出的人工時(shí)程、根據(jù)規(guī)范反應(yīng)譜或功率譜合成的人工時(shí)程。鑒于實(shí)測(cè)時(shí)程是地震動(dòng)的真實(shí)記錄,包含人工時(shí)程中難以模擬的真實(shí)特性, 如速度脈沖、波串和其他的未知特性, 采用此類時(shí)程可獲得較為真實(shí)的結(jié)構(gòu)響應(yīng),本文采用實(shí)測(cè)時(shí)程作為輸入。但在選擇實(shí)測(cè)時(shí)程時(shí)應(yīng)注意到地震動(dòng)頻譜結(jié)構(gòu)的重要性, 應(yīng)選用地質(zhì)情況與橋位場(chǎng)地相近的場(chǎng)地獲得的地震記錄,用這樣的時(shí)程來(lái)對(duì)實(shí)橋進(jìn)行分析才有意義。大跨度上承式拱橋一般均要求地基條件較好,通常位于I 類場(chǎng)地上,由于本橋?qū)匍L(zhǎng)周結(jié)構(gòu),故選用Los Angeles 作為縱向和橫向輸入,并將最大加速度調(diào)整為0 .2g ,即為地震裂度8 度地區(qū)的設(shè)計(jì)基本加速度值,豎向輸入則取為縱向輸入的0.6倍。3 個(gè)地震平動(dòng)分量間的相關(guān)性按主軸理論來(lái)處理, 這樣各方向激勵(lì)是互不相關(guān)的, 并假定地震動(dòng)主軸的x, y和z方向分別與結(jié)構(gòu)的縱、橫、豎向重合。地震動(dòng)輸入點(diǎn)為拱腳。

《上承式鋼管混凝土拱橋蓋梁預(yù)制吊裝施工工法》的應(yīng)用實(shí)例如下：

1.工程名稱：祁家黃河大橋。

2.工程地點(diǎn)：甘肅省臨夏回族自治州永靖縣劉家峽庫(kù)區(qū)祁家渡口上游1千米處。

3.開(kāi)、竣工日期：2006年8月開(kāi)工，2009年9月19日交工通車。

4.工程造價(jià)：3293萬(wàn)元。

5.工程概況：橋梁結(jié)構(gòu)為主跨180米的上承式鋼管混凝土無(wú)餃拱橋，凈矢跨比采用1/5，拱圈采用截面高度相等的懸鏈線，拱軸系數(shù)m=1.543，起拱線標(biāo)高1741.826米?？鐝浇M合為：20米簡(jiǎn)支梁 凈跨180米拱 20米簡(jiǎn)支梁，全長(zhǎng)248.06米。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：公路等級(jí)二級(jí)，雙車道，橋面寬12米，兩側(cè)設(shè)防撞墻，設(shè)計(jì)荷載：公路-I級(jí)。

該橋拱圈截面由啞鈴形桁式雙肋組成；拱腳段將腹桿改成綴板，內(nèi)填充C50微膨脹混凝土形成實(shí)腹段。每肋由4根直徑ф700，壁厚12毫米的16Mnq鋼組成，內(nèi)灌C50微膨脹混凝土作為弦桿；上弦和下弦橫向兩根鋼管之間用綴板連接，內(nèi)灌C50微膨脹混凝土。拱上結(jié)構(gòu)采用梁柱式；橋面板為13米預(yù)應(yīng)力混凝土空心板；拱腳處跨度16米，兩側(cè)各設(shè)一孔20米預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁與路基相接；普通重力式拱座；U形橋臺(tái)，明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)。

6.施工過(guò)程簡(jiǎn)介

在蓋梁預(yù)制前，通過(guò)對(duì)各立柱頂面高程的反復(fù)測(cè)量，根據(jù)立柱頂高程誤差確定蓋梁預(yù)制高度。預(yù)制時(shí)，嚴(yán)格控制蓋梁的結(jié)構(gòu)尺寸，特別要精確控制預(yù)留孔的位置和尺寸，以便吊裝時(shí)能準(zhǔn)確就位。蓋梁吊裝前必須對(duì)吊裝設(shè)備進(jìn)行全面檢查，并對(duì)吊裝施工按規(guī)范要求進(jìn)行受力分析計(jì)算，確保吊裝施工滿足要求。

蓋梁吊裝時(shí)，就地利用2009年前已有的纜索吊裝設(shè)備，從兩岸相向進(jìn)行對(duì)稱吊裝。吊裝就位后，測(cè)量調(diào)整縱、橫向軸線偏位，符合要求時(shí)將蓋梁鋼筋與預(yù)埋件進(jìn)行焊接連接，然后在預(yù)留孔中澆筑高于蓋梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)的微膨脹混凝土并振搗密實(shí)，完成蓋梁吊裝。吊裝就位后，完成蓋梁預(yù)制吊裝施工。

7.應(yīng)用效果

該工法充分利用2009年前已有的纜索系統(tǒng)，完成了蓋梁吊裝，施工期間未發(fā)生一起安全事故；防止了現(xiàn)澆混凝土因高空作業(yè)而造成對(duì)拱肋、立柱和水庫(kù)水體的污染，利于環(huán)保?？s短工期20天，節(jié)約成本10萬(wàn)元。