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刚架拱桥范文1
1.引言
福建省尤溪县坪寨大桥采用的桥型为刚架拱桥型式，刚架拱桥是在我国传统的双曲拱桥、桁架拱桥的基础上结合斜腿刚构的特点发展演变而来的一种桥型，属于有推力的高次超静定结构。固有频率和振型是结构动力计算中的重要参数，它反应了桥梁结构自身固有的动力性态，是后续结构动力分析（如抗震、抗风等）的基础。目前针对钢管混凝土拱桥等桥型动力分析的文献较多[1-4]，但对刚架拱桥动力特性研究的文献很少，本文以坪寨大桥为工程背景，采用有限元方法进行模态分析，分析研究该桥的动力特性。
2.工程概况
坪寨大桥位于尤口公路梅仙过境段，东接坪寨村冲积坡地，西临尤口公路原路基陡峭岩壁，横跨尤口。全桥总长210.72米，共分三跨，跨径布置为63.625m+63.6m+63.625m，桥梁全宽12m，其中主车道9m，两侧人行道各宽1.5m，两侧栏杆各宽0.25m。其总体布置图如图1所示。
2.1上部结构
上部预制构件，除实腹段的底弧采用二次抛物线外，其余均为直构件。实腹段与拱腿先行吊装合拢成裸肋，裸肋用横系梁连结后，架设弦杆和斜撑形成拱片。一孔采用四片拱片。桥面构造形式采用预制微弯板与现浇混凝土填平层及桥面铺装层组合。在裸拱片间安放微弯板，裸拱片外侧安放悬臂板后，浇筑混凝土桥面，包括微弯板顶以下的填平层和填平层以上的桥面铺装层，后者形成1.5％的横坡度。实腹段、上弦杆间的横系梁竖直安放，拱腿间的横系梁横卧安放，以加强拱片间的横向稳定。除桥面、填平层及接头为现浇混凝土外，其余均为预制混凝土构件。拱腿、斜撑及弦杆均为一段预制，弦杆卧式浇筑，拱腿、斜撑立式浇筑。实腹段立式不分段浇筑。
2.2下部结构
本大桥两桥台都为U型台，两桥墩均为重力式实体墩，其中一个基础为刚性扩大基础，另一个为桩基础。
3.计算模型
忽略结构阻尼的影响，采用有限元法计算结构自振频率和振型的公式为[5]
式中， 为第i阶自振频率(特征值)； 为第i阶自振振型向量； 、 分别为结构的整体质量矩阵和整体刚度矩阵。
建立正确的桥梁动力计算模型是进行桥梁结构动力分析的基础，良好的桥梁动力计算模型应能正确模拟结构的刚度、质量和边界条件，尽量与实际结构相符。本文采用大型有限元软件ANSYS10.0，用beam4单元模拟刚架拱片及桥墩，用shell63单元模拟桥面板，主拱腿和斜撑与桥墩固定铰结，外弦杆边界设为一端固定铰结，另一端活动铰结，其中斜撑和弦杆的连接（即小节点处）采用共用节点连接，弦杆、实腹段和拱腿的连接（即大节点处）采用刚臂单元（弹性模量是实际的105倍）连接[6]，单元的节点位置取各截面的形心位置，使得模型更符合实际情况，建立刚架拱桥的有限元模型如图2所示，全桥共有4312个beam4单元，171个shell63单元。
4.计算结果及其分析
桥梁结构的动力特性包括桥梁的频率、振型与阻尼等，它反映了桥梁的刚度指标，取决于结构的组成体系、刚度、质量分布以及支撑条件等，是进行结构动力分析和抗震设计的重要参数，因此，对刚架拱桥进行动力特性研究具有重要的理论意义和实用价值。本文采用子空间法对全桥空间模型进行模态分析。子空间法使用子空间迭代技术，内部使用广义Jacobi迭代算法，该法采用完整的刚度矩阵和质量矩阵在子空间投影，精度很高，适用于提取大模型的少数阶模态(40阶以下)，而且对计算机内存要求较低。在结构动力特性分析中，一般情况下结构前几阶自振频率和振型起控制作用，所以本文取结构的前20阶自振频率和振型。有限元计算结果列于表1，前11阶振型图如图3～图13所示。
表1桥梁自振频率和振型特征
由计算结果可以看出，刚架拱桥的振型主要包括全桥竖向振动、桥面扭转与拱腿面外耦合振型。其振型的主要特点包括：
（1）、该桥的基频值为1.70，即周期0.59s（< 5s），属于短周期范畴；第一阶振型为中跨竖向振动振型。
（2）、该桥梁较早出现桥面扭转振型与拱腿振型，第四阶振型即为桥面扭转、拱腿面外耦合振型，这是因为刚架拱桥的抗扭刚度较弱，因此有必要加强桥梁的横向联系，或者加大刚架拱片的截面尺寸。
刚架拱桥范文2
关键词：刚架拱桥；病害；仿真分析
中图分类号： U448 文献标识码： A 文章编号：
1 前 言
钢筋砼刚架拱桥自1979年应用以来,由于比同跨径的其它拱桥,特别是双曲拱桥有诸多的优点,在全国广泛修建。特别是1983年《钢筋砼刚架拱桥定型设计图》问世后,该种桥型的修建更为流行,至今仍作为轻型拱桥的主要桥型之一而被设计者广泛采用。
然而，随着桥梁运营周期的增加，在已建多数的刚架拱桥中，普遍出现了多种典型病害。反映出已有的定型设计图在计算理论和方法、结构的分析计算和构件的构造处理和配筋设计上有许多缺陷和不足，也反映出设计者对刚架拱作为一种轻型的组合体系拱桥的力学特性认识不够。另一方面，从1961年至今，我国桥梁设计规范的内容和标准已经经过了大幅修订和增删，规范中对车辆荷载标准的规定也不断提高。从1961年第一个桥梁设计方面的规范《公路桥涵设计规范》，到1974年颁布的《公路桥涵设计规范（试行）》，再到1989年颁布的《公路桥涵设计通用规范》，车辆荷载等级已经进行了三次大的修订。其设计方法也从1961年规范的容许应力法，到1971年规范的含有极限状态计算方法的容许应力法，过渡到1985年规范的半概率极限状态法。2004年颁布的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D60－2004（以下简称《新桥规》）取消了原标准汽车荷载等级，改为采用公路－Ⅰ级和公路－Ⅱ级标准汽车荷载；取消了挂车和履带车验算荷载，将验算荷载的影响间接反映在汽车荷载中，同时引入了结构设计的持久状况、短暂状况和偶然状况三个设计状况，对新结构的设计提出了更高的要求。
2 病害透视
2.1病害特点
传统刚架拱桥病害主要表现为：微弯板开裂、断板乃至穿孔、塌陷，桥面连续附近开裂，拱脚开裂，桥面大量开裂，主拱肋节点、实腹段开裂，主拱肋负弯矩区开裂等。裂缝发生的主要部位集中在①主拱腿、次拱腿根部(拱脚处)；②联系梁上缘；③上弦杆、主节点、次节点结合部位；④微弯板底面。
由于各种病害的发生，使得刚架拱桥的使用性能大大降低，主要表现在以下五个方面：
(1) 超载潜力小
不超载时，各构件工作尚属正常．一旦超载车增多，或桥面路况不好，桥面引起较大的跳车、冲击、振动，这种桥型就会发生较大变形，造成控制截面承载力不足，致使各构件的薄弱断面出现裂缝。
(2) 整体刚度差
由于结构轻型，又是预制安装，使得主拱肋、微弯板、砼填平层及桥面铺装四者之间的连接强度不足；横向、纵向刚度均弱，变形较大；在超重车作用下变形超标，极易引起构件开裂，经常出现拱腿脱落，主次拱腿与节点连接处开裂的现象。
(3)动力效应明显
由于桥面不平整引起的冲击、振动会强烈地影响着各构件的受力，且这种冲击、振动长时间影响着构件，加速了主要受力构件的疲劳破坏．
2.2病害成因剖析
目前在役的刚架拱桥大部分于八十年代修建完成。由于刚架拱兼有拱式结构的特性，在恒荷载作用下，各构件的弯矩较小。而在当时的活载标准较低，因此刚架拱桥设计能够满足受力要求且有一定安全储备。然而，随着车辆荷载逐年大幅度增加，远远超出了刚架拱桥原设计荷载标准，而其主要构件均为偏压或受弯构件，且截面尺寸相对较小，因此相对同时期修建的梁、板式桥梁结构而言，刚架拱桥对荷载的增加就更为敏感。另外，刚架拱桥在动荷载作用下刚度较小，振动较大，动荷载对刚架拱的内力影响较大，相应地造成结构裂缝出现，形成病害。
除荷载效应因素之外，刚架拱桥构件的构造处理不当也是病害产生的一大原因。由于横系梁与拱片联结部位松动、开裂,作为轴向受拉构件的横系梁受力过大,导致个别横系梁在中段处沿竖向开裂,使得横向联结构件特别是跨中区段的联系作用减弱,造成拱片在微弯板的拱式推力的作用下发生侧移。而微弯板在上述情况下边界条件改变,内力发生重分布,出现了开裂现象。对病害成因的初步判断已得到全桥的有限元仿真分析计算验证。
3 分析计算
以净跨径30米刚架拱桥设计定型图为参考蓝本，净矢跨比为1/8，肋间距3.2米布置，全桥横向共布置5片刚架拱肋。按照2004年颁布的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D60－2004）要求，采用公路－Ⅰ级标准汽车荷载和新温度梯度曲线，取用公路桥涵二级安全设计等级的结构重要性系数，对刚架拱桥各主要控制截面（包括跨中截面、主拱脚支点截面、次拱脚支点截面、大节点截面和次节点截面等）进行极限状态复核计算，力求从结构受力特性角度寻找此类桥型典型病害的形成原因。
3.1有限元分析模型
（1）空间模型概述
针对刚架拱桥各主要构件受力均以偏心受压为主，因此采用空间梁-壳单元建模，通过结构离散化，建立空间有限元模型（图1）作为模型一。
图1空间有限元模型图2平面离散模型
Beam188是基于Timoshenko理论的有限应变梁单元。它的最大特点是支持梁截面形状显示，也可以直接显示梁截面上的应力和应变，因而在一定程度上该单元可以代替实体单元反应结构的应力分布情况。同时，Beam188单元允许在单元横截面上定义多种不同的材料用于模拟钢筋混凝土等复合材料，也可以定义任何形式的横截面，支持弹性、蠕变、塑性模型。此外，Beam188单元可以考虑剪切变形和翘曲，支持大转动和大应变等非线。对于刚架拱桥，结构相对复杂，因此采用Beam188单元建模不但相对简单而且能够反映结构的应力分布情况。
模型一中刚架拱片及横梁采用空间梁单元Beam188，桥面板采用空间壳单元Shell43建模，梁壳单元采用对应节点耦合约束。
（2）平面模型概述
根据大型结构分析有限元通用程序得到的各片拱肋挠度横向分布影响线，分别按两车道和三车道布载进行比较计算，最终确定以两车道布车时边梁和中梁的横向分布系数作为控制值，边梁横向分布系数为：0.714；中梁横向分布系数为：0.6205。相对于传统的弹性支承连续梁法，这一方法由于更好的考虑了横向抗扭作用及整体框架结构作用，因此更复合实际情况。
将拱片及横梁简化为水平面内的两端固结的平面框架结构，建立平面杆系模型作为模型二（图2），全桥共分为114个单元，120个节点。
（3）计算阶段划分
根据施工流程划分四个计算工况，分别为：
阶段一：主要预制构件吊装施工
阶段二：单片刚架拱肋裸肋安装
阶段三：承受桥面板荷载及二期恒载
阶段四：承载能力极限状态验算
3.2主要计算结果
采用桥梁设计专用程序桥梁博士V3.03分析计算，由于内力计算结果冗长，现仅将其中部分代表性结果汇总见表1～2。
表1 裂缝宽度验算
表2 控制截面强度验算
注：表中弯矩下缘受拉为正，反之为负。
计算结果表明，该桥跨结构已不能适应《新桥规》的要求，使用阶段跨中实腹段裂缝宽度超限严重且承载能力储备不足，证明在该类桥型中病害的发生并非偶然因素导致，在今后设计中需进行大范围改型设计。
3.3力学特性分析
通过对刚架拱桥全过程仿真分析，可以掌握该类结构受力特性，从而为病害成因分析、病害处治及改进设计提供依据。
(1) 由于刚架拱桥斜支臂的存在吸收了大部分的竖向荷载，下弦杆轴向力减少很多。同时轴向力减少的比值只与斜支臂在上弦杆上支点位置有关，与矢跨比大小关系不大。
(2) 刚架拱桥斜支撑可吸收约1/2的竖向荷载，当斜直撑在上弦的支点在空腹1/2处时，拱脚水平推力可减少约10%。
(3) 温度变化在结构内部引起的内力都不大，惟在拱顶和拱脚引起的内力稍大，而且往往是同号叠加，设计中要予以考虑。
4 结束语
钢筋混凝土刚架拱桥是在桁架拱和斜腿刚架等基础上发展起来的桥型，属于有推力的高次超静定结构。在后续的设计中须根据其受力特点并结合典型病害成因对以下三方面作改进设计。
（1）针对桥面系出现的普遍病害，用肋腋板取代传统微弯板以加强刚架拱片与桥面系的连接作用。
（2）对横梁施加横向预应力从而改善拱肋整体受力性能，加强横向联系。
（3）由于刚架拱肋施工中具有截面应力累加过程，需要制订合理的施工加载和拱肋封拱顺序以满足施工阶段应力要求，同时保证拱肋分段接缝处避开应力集中部位。
由于刚架拱桥具有构件少、自重轻、易施工、造价低、桥型美等优点，如能够采取合理、有效的设计改进措施和优化施工流程设计，相信这种桥型在我国仍有广泛的应用前景。
参考文献：
刚架拱桥范文3
现象。结合定型设计图分析认为，病害的产生与构件尺寸、刚度偏小以及接头构造形式相关。通过适当增加构造尺寸、改进计算分析方法、更改钢板接头为现浇接头、优化基础方案、改善横梁与拱肋的连接方式、加强施工控制等优化措施可避免相关病害的出现，采用这些优化措施在黄土地区设计了一座主跨50m的刚架拱桥。地下连续墙基础具有承载力高、刚度大、工程量小和施工难度低的优点，将其作为优化的基础形式用于该桥。后期监测数据表明该桥运营状况良好，未出现病害。
关键词：刚架桥；拱桥；优化设计；基础；地下连续墙；应用
1、前言
刚架拱桥在20世纪70年代末随着双曲拱桥的大量建设发展而来，该桥型构件少、自重轻、节省材料、施工方便、造型轻巧美观。鉴于上述优点，相关单位设计了刚架拱桥的定型设计图，并在国内大量修建。由于后期修建的刚架拱桥不能完全符合定型设计图的适用条件以及存在构造处理、计算手段、施工质量的缺陷，加之日益加重的超载运输等原因，刚
架拱桥在使用过程中出现了诸多病害，影响了正常使用。通过分析病害产生的原因，进行合理设计与精心施工，刚架拱桥仍具有很强的生命力和优越性。
本文结合定型设计图，分析了各种病害产生的原因，提出了优化设计措施，在西部黄土地区成功设计了主跨50m的刚架拱桥。为有效抵抗拱桥水平推力，减少基础工程量，合理地将地下连续墙基础应用
于该桥。
2、刚架拱桥优化设计
2．1定型设计图介绍国内已修建的刚架拱桥，大部分源于20世纪80年代的定型设计图，为了分析刚架拱桥病害产生的原因并和优化设计构造对比，对定型设计图进行简单的介绍。。
(1)采用规范：《公路桥涵设计规范(试行)，1975》和《公路工程技术标准》(JTJ1～81)。
(2)技术指标：跨径包括25，30，35，40，45，50，60m；荷载标准包括汽一15、20、超20级，挂～80、100、120级；桥面净宽包括净一7m、净一9m。
(3)约束条件：拱脚在恒载作用下为铰接(施工期)，在使用荷载作用下为固结(运营期)；斜撑支座在各种荷载作用下均为铰接。
(4)横向分布系数：采用弹性支撑连续梁简化计算，并根据《刚架拱桥研究报告》的建议，将所得横向分布系数乘以1．1得到。
2．2刚架拱桥主要病害及其成因分析
(1)微弯板及其加劲肋严重开裂I2]。主要原因：①定型设计考虑了微弯板的起拱效应和薄膜力效应，微弯板的跨中厚度仅为6CiTI，由于厚度偏薄加之施工误差的存在使配筋位置出现偏差，导致微弯板承载力不能满足设计要求；②铺装层和微弯板粘结不良，不能确保共同受力，桥面荷载仅由微弯板承担，超出了微弯板的承载能力；③主拱肋横向刚度偏小，在桥面板的作用下产生横向位移，减弱了微弯板的起拱效应。
(2)拱肋实腹段底缘严重开裂州，甚至出现钢筋外露锈蚀现象。主要原因：①横梁的刚度偏低且与拱肋结合不牢固，导致实际横向分布系数大于理论值，超出了拱肋的实际承载能力；②铺装层和主体结构粘结不良，整体效应不足；③拱顶连接采用钢板接头，因钢板锈蚀及焊接质量不良而致开裂；④基础水平变位超出设计容许值，造成拱肋开裂。
(3)大、小节点处开裂(大节点处出现较宽的顺桥向水平裂缝，小节点处出现整体断裂)]。主要原因：①拱腿和弦杆与大节点的连接处使用了钢板接头，因钢板锈蚀及焊接质量不良而致开裂；②小节点处虽然使用了现浇接头，但是现浇长度仅2OCITI，混凝土浇筑不密实，在混凝土收缩、徐变作用下与预制构件结合不良，导致断裂。
(4)横梁严重开裂_2]。主要原因是横梁截面尺寸较小，并且与拱肋采用型钢焊接，因钢板锈蚀及焊接质量不良而致开裂。
2．3设计优化措施
通过对刚架拱桥的主要病害及其成因分析，可以指导定型设计图优化设计，提高结构的承载能力，使其满足现行规范及正常使用状态的要求。主要的优化措施：①适当增加微弯板的厚度，根据横向加载计算进行配筋；②适当增加拱肋截面尺寸，提高其竖向和横向抗弯刚度；③采用空间分析法或较保守的算法计算拱肋的横向分布系数，强化拱肋配筋；④将拱顶钢板接头和大节点钢板接头改为现浇接头，杜绝钢板接头的锈蚀问题，同时提高结构整体性；⑤优化小节点现浇接头长度，保证预制构件连接牢固；⑥优化基础结构方案，防止基础产生过大水平位移；⑦优化横梁截面尺寸，改变横梁与拱肋的连接方式，提高结构的整体刚度，保证各片拱肋共同受力；⑧加强施工过程质量控制。
3、地下连续墙基础的应用
1979年，日本在东北新干线高架桥工程中采用了井筒式地下连续墙刚性基础，开创了地下连续墙技术应用到桥梁基础工程上的先河嘲。刚架拱桥是一种有推力的超静定结构，对基础
位移特别是水平位移非常敏感，过大的水平位移将直接影响结构的承载力。黄土地区巨厚层黄土中没有好的桩端持力层，采用钻孔桩作为刚架拱桥的基础只能按照摩擦桩设计，且桩长较长，同时桩基础可能产生较大水平位移，对拱桥产生不利影响。井筒式地下连续墙既能承受上部结构传递的竖向荷载，还能承受横向荷载_7]。黄土具有很好的直立性，在无支护施工下可以开挖几十米的深度。因此，在黄土地区修建刚架拱桥，采用地下连续墙基础具有承载力高、刚度大、工程量小和施工难度低的优越特点，是非常好的基础形式。
4、工程实例
4．1工程概况
某钢筋混凝土刚架拱桥设计荷载为公路一Ⅱ级，净跨径50m，全长66m，桥面净宽7m，净矢高6．25m，矢跨比1／8，桥型布置见图2。全桥由3片拱肋组成，拱肋间距3．2m，。该桥位于黄土地区，桥址区地层主要为第四系上更新统风积黄土，以亚粘土为主，稍密～中密状态，含云母及钙质结核，容许承载力为200~．280kPa。
4．2刚架拱桥优化设计
根据计算分析在定型设计图的基础上对上部结构构件的截面尺寸和构造处理进行了优化。
(1)弦杆：截面高度由90cm增加到104cm；截面宽度由35cm增加到40cm；顶部凸起改为微弯板现浇接头。
(2)拱顶截面：截面高度由70cm增加到89cm；截面宽度由35cm增加到40cm。
(3)斜撑：仍采用矩形截面，截面高度由50cm增加到55cm；截面宽度由35cm增加到40cm。
(4)拱腿：仍采用矩形截面，截面高度由85cm增加到95cm；截面宽度由35cm增加到40cm。
(5)横梁：仍采用矩形截面，I型横梁截面宽度由15cm增加到20cm，截面高度仍为100cm；II型横梁截面高度由48cm增加到50cm，截面宽度由15cm增加到20cm。
(6)微弯板：跨中板厚由6cm增加到12cm。
(7)拱腿固结：拱腿深入桥台固结长度由30cm增加到50cm。
(8)节点处理：大节点由钢板接头改为现浇接头，可避免锈蚀，增强结构整体性；小节点现浇长度由20cm增加到50cm，增强了预制构件整体性。
(9)接头处理：跨中接头由钢板焊接改为现浇连接，避免接头锈蚀，增强了结构整体性。
(10)横梁施工及与拱肋连接：横梁由预制构件改为现浇构件，与拱肋连接由型钢焊接改为预埋钢筋现浇混凝土连接。
各杆件的设计内力采用平面杆系程序进行静力
计算，按照极限状态法进行钢筋混凝土截面配筋，由于该桥宽跨比较小，采用弹性支撑连续梁法计算横向分布系数]，经计算各截面承载能力均满足规范要求。
4．3地下连续墙基础应用
下部结构采用重力式U型桥台，基础采用钢筋混凝土顶板(承台)、井筒式地下连续墙基础，顶板厚2．5m。地下连续墙基础平面外轮廓尺寸7m×7m，墙厚0．8m，深18m，地下连续墙分I型槽段和Ⅱ型槽段，槽段问采用刚性接头。
地下连续墙基础整体分析按刚性基础计算，对地基竖向及水平向应力、地基承载能力、基础变形等均进行了验算；墙体内力依据应变等效原则，将其4块墙体离散为格栅单元，采用有限元方法计算，根据内力对墙体结构强度进行了验算，结果均满足规范要求。
刚架拱桥范文4
钢管砼结构是将混凝土填充到钢管内形成的一种组合结构，兼有钢结构和砼结构的特点，有效的发挥砼和钢材的力学特性，并利用钢管的环箍作用，大大提高结构的抗压能力和抗变形能力。钢管砼系杆拱桥造形美观、结构严谨、受力科学、经济合理，近年来在公路、城市桥梁建设中被 广泛采用。但由于其技术含量高、工艺严格、工序繁多、施工难度大，因此，认真总结此类桥梁的施工和管理经验，对今后的设计、施工、管理有实际指导意义。本文以竹洲大桥为例，简要谈谈其钢管拱肋的加工制作和施工控制。
2 工程概况
竹洲大桥位于广西省百色市西侧，竹洲大桥拱肋截面采用双哑铃截面，中拱肋采用4根φ1000毫米直缝钢管与4块δ为20钢板组焊成双哑铃，边拱肋采用4根φ800毫米十缝钢管与4块δ为20钢板组焊成双哑铃，双哑铃间通过横管联系开成整体截面。主弦管内灌C50微膨胀混凝土，腹板内人工浇筑C50混凝土，中拱肋主弦钢管壁厚在拱脚处（第1#段）δ为22毫米，其余部位弦管钢管壁厚为δ20毫米。
中跨拱肋钢管分7个节段加工制作及安装，节段重量在50T-65T不等。边拱肋分3个节段制作及安装，节段重量在57-62T不等。节段的连接采用栓焊拉合方式：先采用法兰栓接，内衬管定位，后对焊拱肋。
拱肋截面双侧双哑铃主桁片采用直径428毫米无缝钢管连接构成拱肋，横管为空钢管结构，壁厚为12毫米；除接头处外，横管按水平距离每2米上下弦管各布置一根。拱肋主弦管均采用Q345C材质的直缝焊接管，横管、吊杆上下锚头套管及拱肋接头定位管采用Q354C无缝管，缀板、缀板隔舱板及拱肋主管内钢板亦采用Q345C钢材。吊点钢横梁钢板材质为Q345C。其余一些垫板采用Q235。
3 钢管拱肋加工
3.1 主要工艺流程 原材料检验放样下料加工装配与焊接火工微弯节段组装与腹板焊接吊杆相关部(附)件组装焊接过程检测排气、排浆孔设安拱肋预拼装涂装防锈。
3.2 加工方案要点节段划分：为便于吊装，拱肋钢管分段制作。本桥结合现场吊装能力，每片拱肋划分为边拱3节，中拱7节，拱脚预埋段。制作方法：采用卷板机将钢板卷制成圆管；装配焊接成20m和24m左右拱肋管；上下拱肋管采用火工微弯方法形成设计轴线，其后在设定专用胎架上完成定位、焊接和节段组装。
大接头余量加放：为保证各步施工方案和工艺都能满足设计要求，达到规定的偏差精度，上下拱肋管大接头加放 80mm 余量，该余量节段组装时保留，只在分段计算长度处作出正作线。焊接补偿量加放：考虑节段组装时，腹板焊接将使各拱肋节段上下管的距离受到影响，可沿径向线方向加放5mm作为焊接补偿，以保证设计几何尺寸。
标记线：标明拱肋管 0℃和 180℃径向线，作为火工、节段组装、检验的标记线。
安装标示：为便于工地安装，在拱肋预拼装前，通过径向线与站号线测定，标明各接头在工地安装时的控制点，做出标记，涂装时采取一定的保护措施。
3.3 施工控制要点
(1)依据设计文件提供的相关验收规范、工艺要求，编制出各工序的具体验收项目与标准。
(2)放样应保证所有配套表、套料卡、下料草图的正确性与完整性，标明后续工序的样板、 样棒的角度、尺寸、名称、数据等。
(3)所有零部件的下料须报检，超差零件不得流入下道工序；火焰切割零件须清渣、打磨处 理，产生热变形的均须矫正后方可使用。
(4)坡口边缘直线度及角度应符合公差要求。
(5)工装胎架应具有足够刚度，以控制结构变形，应对胎架中心线、定位基准线、辅助线等 作必要标记。
(6)所有装配不得强制进行，避免母材损伤，严格对线安装并控制好间隙，焊接完成后应及 时矫正。
(7)严格控制拱肋管火工温度，严禁用水冷却。
(8)制订出周密的专业性测量工艺，检测仪器须经计量部门检验合格，操作时考虑环境的影 响。
(9)健全安全保障措施。
4 关键工序
4.1 焊缝焊接焊接是一项专业性、规范性较强的工作，在钢结构工程施工中十分重要，因此，在本桥钢管拱肋加工中作为重点全程监控。
4.1.1 焊前准备施工技术部门要依据设计文件，参考有关标准、规范、规程，制订焊接工艺原则，明确焊接方法、工艺措施、质量标准和验收规范等。拱肋钢管焊接方法有手工电弧焊、CO2气体保护焊、埋弧自动焊。
工艺评定：焊接工艺评定是钢结构制造的根据，必须结合工程实际完备工艺评定文件，并作为竣工文件存查。根据对接、搭接、T形接头的焊缝形式，确定相应焊接方法，不得随意改换。
焊前处理：焊接所有构件的坡口内及正、反面25mm范围，应按要求清理，去除表面油、锈、氧化皮和尘污等，处理干净后方可焊接，陶质衬垫必须按操作细则施工。
生产试板：为确保焊缝质量，拱肋结构均设生产试板，试板与相应焊缝同材料、同厚度、 同坡口、同轧制方向，并按相应技术标准做机械性能试验，保证其参数符合规范要求。制订《生产试板评定工艺》，对目的、适用范围、参考标准、工艺内容作出明确规定，以确保焊缝焊接质量。
4.1.2 焊接要求
工厂焊缝：拱肋钢管制作、装配时，其纵缝、环缝均采用 v 型坡口，单面焊接双面成形，反面(管内)贴陶质衬垫。焊缝填充工艺分四道，采用 CO2气体保护焊打底填充两道，埋弧自动焊填充一道、盖面一道。纵缝焊接的起止端分别安装引弧板和熄弧板，坡口型式与纵缝相同。环缝焊接采用滚动胎架，以俯焊方式焊接。每道工序焊缝焊接应一次完成，因故停焊又续焊时，不得从母材上引弧，必须将引弧处气刨或打磨成 1∶4 斜坡搭接，搭接长度不少于 50mm。
工地安装：工地安装均采用手工电弧焊接，风撑与拱肋、风撑间相贯线、节段对接均采用对 称焊。拱肋合拢段，在定位后，须待符合设计合拢温度时，方可焊接。
4.1.3 焊缝质量检验
焊缝等级要求达到 GB50205 的 I 级焊缝要求。焊缝外观质量要求成形美观、整齐，尺寸 符合设计和工艺要求，做到无裂纹、无气孔、无夹渣、无焊瘤、无弧坑等焊接缺陷。其内在质量要求在焊接完成 24 小时后，按焊缝长度的 100％做超声波检测，10％做 X 射线探伤检查。
4.2 节段线型加工 拱肋节段是形成拱轴线的基本单元，其线型取决于节段拱肋管的火工微弯。火工微弯方法是火工加外力形成设计曲线。根据设计拱轴线方程，用计算机计算确定各分段上下拱肋钢管所有控 制点的坐标，作为微弯与测控的依据，并编制具体验收标准工艺文件。
实施步骤：设计建造模型胎架标明其纵、横中心线及辅助线确定胎架上各站线位置，准确安装施加外力的支撑与设备拱肋钢管就位，设置平面坐标划出加热带分带加热施加外力。
控制要点：
(1)确保上胎架的待弯钢管定位正确，即钢管径向线及其中心线应与胎架纵向中心线及中线 相吻合；
(2)加热应从两端向中部对称进行；
(3)外力施加点要对称合理，加压要逐步、适量；
(4)特别强调压力和温度的协调控制；
(5)加热带应避开环缝位置，约定带宽可依实际适当调整；
(6)要随时观察、测量拱轴线的坐标，控制傍弯。
4.3 拱肋预拼拱肋成型是否符合设计线型是成桥的关键，因此，拱肋节段制作完成后，须通过预拼对其跨径、拱轴线、水平度(拱轴线横向偏移)及吊杆位置准确性进行全面检查，为工地吊装做好准备。拱肋工厂预拼采用卧式整片预拼方案。预拼方式：完全按照节段工地吊装顺序，由拱脚预埋段开始，自两端对称进行，合拢段保留节段制作余量（待工地安装时切除），其它节段均切除制作余量（仅保留环缝间隙余量）。
控制要点：
(1)选择具有足够刚性的平面场地、空间，配备相应吊装设备、胎架工装等。
(2)检测仪器送专门计量单位校验。
(3)按编制好的预拼工艺制订预拼方案。
(4)按预拼方案进行预拼，妥善保管预拼测量数据，并采取一定措施保护好预拼控制点，以备安装时使用。
刚架拱桥范文5
关键词：钢桁桥拱桥；吊杆安装；安装过程监控
中图分类号：U448 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）08-0096-02
1 工程概况
秦皇岛市大汤河景观桥为中承式钢桁架拱桥，桥梁跨径35+80+35=150m，中间拱为中承式，两侧拱圈为上承式飞燕形式，拱圈由上弦拱肋和下弦拱肋两部分组成，之间采用焊接工字钢连接形成平面桁架，与两拱圈连接部分采用节点板栓接，横桥向两片拱肋之间采用横撑连接。中跨下承式部分吊杆采用两种形式，除6号吊杆采用外径30mm的钢拉杆外，其余均采用OVM.GJ15-3CR型钢绞线整束挤压拉索。
2 吊杆安装工艺流程
吊（索）杆安装需与桥面系配合施工，工艺流程如下：0#吊索【横梁定位（位置、高程）挂索吊杆下端连接复测标高是否达到设计要求吊杆调整】1#吊索【横梁定位（位置、高程）挂索吊杆下端连接复测标高是否达到设计要求吊杆调整】0-1#间纵梁焊接（顺序安装吊索、横梁、纵梁）桥面系焊接全桥标高复测全桥调索吊杆锁定。
吊杆简图如图1所示。
3 吊（索）杆安装
将吊索水平运至桥面起吊位置，用升降车将组装好的吊索竖直吊起，将上叉耳螺孔对准拱桥的拱肋板孔，用柱销锁紧；将下叉耳的螺孔对准桥面肋板孔，用柱销锁紧（以此类推分别安装其余吊杆）。根据高程进一步调整调节套筒，使桥面完全达到设计高程后锁紧螺母。
安装注意事项如下：
（1）加强监测工作，利用监测数据分析施工现状并采取相应的处理办法。
（2）吊杆索在运输过程中不能有损坏，尤其是HDPE外防护层。
（3）吊杆索安装前要检查牵引设备、吊具、支承架、牵引绳等机具是否有足够的工作能力，各连接处要安全可靠。
（4）采用对称调索，记录要全面无误。
（5）调索顺序和桥面标高要符合设计和监测要求。
4 吊索索力调整
吊索（杆）力的大小与均匀程度直接影响到桥梁成桥时的线性、各结构的内部应力分布以及使用中的荷载效应，最终对桥梁的美观、安全以及使用寿命起到十分关键的作用。
4.1 吊杆力调整
吊杆力调整的目的主要有以下3个方面：
4.1.1 使得桥梁的吊杆力与理论值相符，达到均匀的程度并达到设计要求。
4.1.2 桥梁线性平顺，误差符合规范要求。
4.1.3 结构内力（桁架拱及主梁应力）分布均匀，在调整吊杆力过程中保证桁架拱及主梁的内力不发生明显的变化。
4.2 吊杆力调整步骤及方法
4.2.1 吊杆力的初步测量。吊杆力采用频率式吊杆力动测仪进行测量。
4.2.2 理论计算。采用空间有限元分析程序MIDAS CIVIL进行理论计算，得到正常施工的理论吊杆力。再在模型中输入初测吊杆力，经过调整，在模型中使得吊杆力达到正常施工的理论吊杆力。
4.2.3 第一次调整吊杆力。吊杆力采用压力传感器及频率式吊杆力动测仪进行测量。压力传感器用于吊杆张拉阶段对张拉吊杆的吊杆力进行测定，同时对吊杆力动测仪的动测系数进行标定。频率式吊杆力动测仪用于各调整阶段已调整的吊杆进行吊杆力测定。拟定按照从两边对称向跨中的顺序对吊杆力进行依次的调整。目的是使得吊杆力初步接近设计要求，并得到准确的吊杆力实际值，对吊杆力动测仪完成系数标定。
4.2.4 第二次调整。由于已采集到准确的吊杆力实际值，在经过模型理论计算后，对超出规范要求的吊杆逐一进行最终调整，使得达到设计要求，且保证吊杆力的均匀。完成此次的吊杆力调整工作。
5 过程中的监控措施
5.1 吊杆力的监控
吊杆力采用压力传感器及频率式吊杆力动测仪进行测量。压力传感器用于吊杆力张拉阶段对张拉吊杆的吊杆力测定，同时对吊杆力动测仪的动测系数进行标定。频率式吊杆力动测仪用于对各施工阶段已形成的吊杆进行吊杆力测定。
频率式吊杆力动测仪由加速度传感器、频率采集仪和便携式计算机组成。其原理是首先通过环境随机振动法测定斜拉吊杆的振动频率，然后按修正的振弦计算公式计算斜拉吊杆的拉力。
用环境随机振动法测定吊杆的振动频率。采用专用夹具将加速度计固定在吊杆上，以测定吊杆的横向振动。测量时不必对被测吊杆进行人为激振，加速度传感器将采集到的被测吊杆的随机振动信号转变成电信号经激励放大器放大后送到FFT信号分析仪中进行频谱分析，得到被测吊杆的横向振动频率，最后由嵌入式中央微处理器综合运算得到实吊杆力。
对于某一根确定的吊杆，式（2）右边的w、l、g都是已知的，如果能确定fn，并确定相应的n，便可求得吊杆
力T。
测试工况：每根吊杆每次调整到位后对两侧相邻3对吊杆进行测试。
5.2 主梁线性的监控
在每根吊杆所在处横截面的桥面上布设3个测点，分别位于桥梁中线及各距离中线2.5m处，在第一次张拉前对其进行测量，并在吊杆调整过程中实施即时监控。全桥13对吊杆，故共布设39个测点。
5.3 结构应力的监控
选取主梁最不利截面即跨中与中跨1/4截面处，共3个截面。应变计分别布设于此3个截面纵梁的上下缘及横梁的上下缘处。在吊杆调整过程中，及时对应力进行测量，保证横梁及纵梁的应力不发生突变，保证桥梁吊杆调整过程中的结构安全。
5.4 拱脚水平位移的监控
按本桥的结构特点，桥面发生扭曲时对刚性节点影响最大，而本桥刚性最大节点位于4个梁拱的拱脚部位，故在吊杆力调整施工过程中，在此4个部位设置位移计（或千分表）观测其水平向变化以控制施工。
6 结语
刚架拱桥范文6
关键词：铺架；打入桩；钢桥；式军用梁
1 工程概况
新建连云港至盐城铁路在引入盐城北站时右线占用既有新长铁路线位，由于现阶段正在运营的新长铁路还未能过渡出去，使得连盐铁路部分桥梁无法施工，引起正常铺架无法从桥尾开始。为尽快开始铺架，修筑钢便桥临时连接通榆河桥墩，实现运梁和轨排的有轨运输。
2 桥梁的布置与结构形式
根据梁场与铺轨基地的平面位置关系；梁场、铺轨基地与通榆河特大桥181#墩的高差；填筑路基不影响既有线的运营安全和通榆河剩余桥墩施工等因素，本着经济合理、简单适用、周期短等原则，钢便桥采用6孔24m式军用梁连接通榆河特大桥181#墩。
钢便桥全长148.2m，桥面宽度4.7m，由7片军用梁组成。钢便桥设置有8‰的坡度且部分位于半径为400m的曲线上。
桥梁基础采用边长40cm的预制方桩；墩身采用直径为630mm壁厚13mm的钢管加工而成，钢管墩身之间采用直接为430mm壁厚8mm的钢管进行联结；钢管柱顶端分配梁采用45b工字钢焊接而成，分配梁采用H型钢，垫梁与分配梁之间采用螺栓联结；梁面采用24跨度式军用梁。
3 钢便桥结构强度检算
本桥梁设计参照《铁路桥涵钢结构设计规范》进行设计计算。按容许应力法设计原则进行，Q235钢材容许应力[σ]=135MPa，剪应力[τ]=80MPa。
钢便桥采用式军用梁，为市场定型产品，各方面性能均有保障，此处不在验算。
3.1 荷载计算
（1）线路荷载。主轨和护轨轨道采用P50钢轨，钢轨质量为G1=51.514kg/m，单孔跨度为24m，则均布荷载q1=4*G1=2.06KN/m。
（2）式军用梁荷载。式军用梁一孔7片总重量40t，跨度为24m，则其荷载q2=16.67KN/m。
（3）列车荷载。钢便桥上列车竖向静荷载采取“中-活载”。根据铁路桥涵设计基本规范将列车静活载换算成均布荷载q3=104.0KN/m。
（4）荷载组合。动力系数按照《铁路桥涵设计基本规范》公式4.3.5-1计算为1.4328；静力荷载系数取1.2，则单孔梁承受的荷载为q4=1.2*（q1+q2）+1.4328*q3=171.49KN/m。
3.2 钢构件检算
利用midas软件进行计算，结构均为梁单元，柱底固结荷载，梁体承受的总荷载Q=q4*24=4115.76KN
（1）反力计算。力组合下钢管柱最大竖向反力90t，最大水平力5t，最大弯矩10t.m。
（2）位移。主力组合下最大柱顶横向位移4mm，4/8000=1/2000
（3）应力。钢管柱自由长度按最不利情况考虑取8m，一端固结一端铰接，i=220，λ=8000*0.8/220=29
工45垫梁最大应力64MPa，H型钢最大应力52MPa，均小于容许应力[σ]=135MPa，满足要求。
3.3 地基承载力验算
桩在图层中的位置如表1。
根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-94式5.3.3-1计算
当psk1？燮psk2时
当psk1>psk2时
psk=psk2
设计桩长L=22m，桩端阻力修正系数 ？琢=0.75+（22-15）×0.15/15=0.82
通过上述计算公式计算：Qsk=1064KN Qpk=28KN；
所以该类预制打入桩单桩竖向极限承载力为Quk=1092KN。钢管柱最大反力F=90*10=900KN，小于1092KN，其承载力满足要求。
4 钢便桥的施工
4.1 桩基础
（1）由于打入桩施工与既有线间距小于30m，属于临近营业线施工，为避免打入方桩时对既有线路基产生影响，施工前应在桩基础与既有线路基之间设置一排应力释放孔，释放孔用碎石回填。
（2）起吊堆放。方桩强度达到设计强度的70%后才能起吊，吊点位置应根据计算确定，吊运过程应平稳，避免损坏桩身。预制桩应根据不同长度进行分类堆放且堆码整齐，堆放高度不超过四层。
（3）打桩。本工程采用一台DD63柴油打桩进行方桩施打，打桩前应进行地质资料的复核，确保现场与设计地质情况一致。
施工前进行场地平整，清除地表杂物，填埋坑穴，确保地基承载力，避免打桩过程中出现地基不稳，产生桩机的倾斜。
方桩定位：首先应根据钢便桥的设计位置建立独立坐标系，计算出每根桩的设计坐标，直接放样施打。
方桩施打：由桩机自带的挂钩与方桩上的预留孔相连，自行喂入桩帽，进行桩的对位。
当桩尖插入桩位后，先利用桩自身重量及桩锤重量静压桩身，静压完毕后，再次调整桩机以及桩的轴线，确认无误后先采取低垂密集的方式施打，当方桩入土达到一定深度后在进行正常锤击。当前一截桩离地面0.5-1m进行接桩，焊接完毕后再次检查桩机的对位，然后进行第二截的施工。施工过程中以控制桩顶标高为主，贯入度为辅。
4.2 钢管柱
为保证钢管柱的焊接质量，采用厂内焊接。钢管柱的加工应严格按照设计图纸进行加工和焊接，并作除锈和防锈工作。
根据测量放样的点位，利用两台25T吊车同时进行吊装，吊装过程中严格控制钢管柱的平面位置和标高。
4.3 柱顶结构
柱顶结构为垫梁和分配梁两个结构，由于垫梁和分配梁之间用螺栓进行联结，垫梁与钢管柱上的钢板焊接，可在地面上先进行两者的联结，然后再整体进行吊装，吊装之前可在钢管柱顶根据轴线位置焊接几块定位角钢，吊装过程中直接将垫梁落至定位角钢内即可，这样既保证吊装的精度又增加施工过程中的安全性。
4.4 式军用梁
式军用梁由主桁（标准三角、端构架、标准弦杆、端弦杆）、联结系（钢销、套管螺栓、联结系槽钢、二号U型螺栓、三号U型螺栓）、钢枕桥面（钢枕、一号U型螺栓、压轨板、压轨螺栓）、支座（垫枕、定位角钢）组成。
梁的拼装应选择在平整、稳固的场地上进行，根据梁的结构依次进行拼接，端构件与标准三角之间采用端弦杆和钢销进行联结；标准三角与标准三角之间采用标准弦杆和钢销进行联结。
式军用梁利用一台25T吊车进行单片架设，架设顺序为向中间一片，然后进行对称架设，直至完成一孔。每片梁之间采用套管螺栓进行联结，待整孔架设完毕后安装联结系槽钢，使得7片之间连成一个整体。
钢枕为厂制直线梁标准件，扣轨槽已固定。由于本桥部分位于曲线上，为使铺设的轨道顺直，不产生折角，施工中采用调整钢枕横桥向的长度，使得钢枕中心与线路中心重合，从而满足线路的平顺。也可采用钢枕之间添加木枕，钢枕在桥面上正常布置，钢轨钉固在木枕上来达到线路平顺圆滑的目的。钢枕与式军用梁采用1号U型螺栓进行联结。
4.5 轨道施工
钢枕安装完毕后进行桥梁轨道施工，钢轨与钢枕之间采用压轨板螺栓进行联结。施工中需进行轨道的精调，精调采用1-3mm的轨下铁垫片进行高低和水平的调整，以保证轨道的几何尺寸，保证运输安全。
5 结束语
式军用梁具有载重等级高、杆件种类少便于拆装互换、结构轻便、构造简单、可用人工或小型机具拼组、架设迅速、运输方便、周转使用性高（可作为架桥机和大型现浇梁支架）等特点。本桥梁设计施工可做为同类施工的一种方案，为同类施工提供一定的借鉴。
参考文献
[1]中国铁道建筑总公司.式铁路军用梁手册[M].北京：中国铁道建筑总公司，1998.
[2]中国人民铁道兵司令部.铁路桥梁抢修[M].北京：中国人民战士出版社，1973.
[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ94-2008.建筑桩基技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.