摘 要

近年来，飞燕式钢管混凝土拱桥因其具有外形美观、结构性能好、承载能力大、自重轻、强度高、抗变形能力强，能综合满足修建桥梁所需的诸多要求等优点，在我国得到了空前的发展。

钢管混凝土拱桥在其施工过程中，结构的刚度是分阶段逐渐形成的，结构受力变化比较大，施工过程中的拱肋线形控制对拱桥施工十分重要，为了保证最终成桥的线形和受力满足要求，必须对钢管混凝土拱桥进行施工阶段的应力应变分析。本文以王安石钢管混凝土大桥（60m 168m 60m）为工程背景，介绍了钢管混凝土拱桥的基本构造和Midas建模方法，并通过Midas有限元软件仿真模拟，对施工过程中钢管混凝土拱桥的力学状态变化进行分析，主要对边三角区混凝土拱肋和主跨钢管混凝土拱肋进行分析，验证施工方案的可行性。

关键词：飞燕式钢管混凝土拱桥 施工过程 仿真分析 结构设计

Abstract

In recent years, Fly-bird-type concrete-filled steel tubular arch bridge has the advantages of beautiful appearance, good structural performance, large carrying capacity, light weight, high strength, strong resistance to deformation, and can meet the many requirements of bridge construction., and has got great development in China.

In the process of construction, the stiffness of the concrete-filled steel tubular arch bridge is gradually formed. The structural control of the arch ribs in the construction process is very important. In order to ensure the ultimate shape and force of the bridge meet the requirements, it is very essential to analyze the stress and strain during the construction of the concrete-filled steel tubular arch bridge. In this paper, Wang An Shi concrete-filled steel tubular arch bridge (60m 168m 60m) is used as the engineering background. Through the simulation of Midas finite element software, the mechanical state of concrete-filled steel tubular arch bridge during construction is analyzed. The main work is to introduce the basic structure and Midas modeling method of concrete-filled steel tubular arch bridge, analyze the Concrete pipe arch ribs and the concrete arch rib in the side arch, and verify the feasibility of the construction program.

Keywords: Fly-bird-type concrete-filled steel tubular arch bridge construction process Simulation analysis structure design

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章绪论 1

1.1 钢管混凝土拱桥发展现状 1

1.2 国内外应用概况 2

1.3 发展展望 3

1.4 本文主要工作 3

第2章 王安石大桥施工方案分析 5

2.1 钢管混凝土拱桥施工工艺概述 5

2.2 钢管混凝土拱桥施工过程分析的必要性 5

2.3 王安石大桥工程概况 6

2.3.1 总体设计 6

2.3.2 主拱拱肋横向连接体系 7

2.3.3 边拱拱肋及横向连接体系 11

2.3.4 系杆及吊杆体系 11

2.3.5 立柱及桥面系 12

2.3.6 下部结构 13

2.4 施工方案 14

2.5 本章小结 17

第3章 施工过程仿真计算模拟 18

3.1 计算分析方法 18

3.2 有限元模拟 19

3.3 本章小结 24

第4章 模型结果分析 25

4.1 边三角区施工阶段分析 25

4.2 钢管混凝土拱施工阶段分析 28

4.3 主拱圈位移和施工阶段稳定性分析 31

4.3.1 钢管混凝土拱的位移分析 31

4.3.2 吊杆应力分析 33

4.3.3 稳定性分析 35

第5章 施工误差分析 37

结论与展望 39

参考文献 40

致 谢 41

绪论

钢管混凝土拱桥发展现状

钢管混凝土拱桥在我国从出现到快速发展的20多年来，修建数量达到了了400余座，在公路、铁路、城市道路上都有分布，其跨径已经超过500m，可望在不久的将来达到700m，是桥梁发展过程中的新星。钢管混凝土拱桥利用拱的受力特点，化弯矩为轴向压力和拱脚水平推力，很好地利用了混凝土结构的抗压性能和钢材的抗拉性能，同时由于两种材料在温度作用下的变形基本一致，所以两种材料之间不会产生很大的温度次应力，是一种很理想的钢混组合结构。通过将混凝土灌注到钢管中与其形成一个整体，可以很好地利用各自的材料性能共同受力。并且由于现在的灌注混凝土多采用微膨胀性混凝土，在混凝土灌注后会在钢管内膨胀，但是由于钢管的约束作用而不能完全膨胀，由于力的相互作用，就使管内混凝土实际上处于一种三向受压状态，根据实验数据显示，三向受压的混凝土抗压强度要比单项受压的混凝土提高很多。同时，对于钢管而言，由于管内混凝土的内部支持作用增强了钢管的刚度，使钢管的抗弯和抗屈曲能力大幅提高，因此钢管混凝土结构是一种很好的抗拉、抗压、和抗弯性都很好的组合结构。而钢管混凝土拱桥正式利用这一组合结构的受力特点，实现了减少普通圬工拱桥和钢筋混凝土拱桥自重，增大桥梁跨越能力的目的。同时由于钢管混凝土拱肋的钢管一般采用工厂预制现场拼装的方式施工，所以钢管混凝土拱肋组合桁架的结构精度很高，现场施工的速度很快，尤其是对城市桥梁而言，可以很大程度上减少主拱施工时间，对现有交通的影响很小。由于钢管混凝土结构在材料性能和施工方法上的优越性，如今这种组合裁量已经广泛应用于桥梁工程中，且效果很理想，对现代桥梁的前进发展具有重大的意义。

因为钢管混凝土拱桥与钢结构拱桥相比，具有钢材用量少、刚度大、施工方便、造价低等特点，与普通圬工拱桥和钢筋混凝土拱桥相比，具有自重小、跨越能力大、施工快捷等优点，尤其适合占我国复杂的地形地貌。对于地质情况较好地山谷地区，钢管混凝土拱桥甚至可代替跨径大得多的悬索桥、斜拉桥，经济价值更为凸显。对于地基状况一般的平原地区而言，钢管混凝土拱桥可以通过增设系杆而成为无推力的系杆拱，可以代替普通的预应力混凝土梁桥，不但增加了普通梁桥的跨越能力，而且美观性也很好。近5年来，我国在高速铁路上建成的和在建的超过300m的以钢管混凝土作劲性骨架的混凝土拱桥有6座。伴随着我国一带一路战略的实施，高速铁路对特大跨径混凝土拱桥的需求会不断增加，必将推动钢管混凝土拱桥的发展。