大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋施工階段結(jié)構(gòu)受力性能的深度剖析與實踐研究一、引言1.1研究背景與意義隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷推進，大跨度橋梁作為跨越江河、山谷等復(fù)雜地形的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)著舉足輕重的地位。大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋作為一種獨特而創(chuàng)新的橋梁形式，近年來在橋梁建設(shè)領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。其融合了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)與提籃型拱的特點，展現(xiàn)出諸多顯著優(yōu)勢。從結(jié)構(gòu)特性來看，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮了鋼材的抗拉性能和混凝土的抗壓性能，二者協(xié)同工作，使得結(jié)構(gòu)具有較高的強度-重量比，有效減輕了結(jié)構(gòu)自重，同時增強了結(jié)構(gòu)的承載能力和抗變形能力。提籃型拱的獨特造型則賦予了橋梁良好的橫向穩(wěn)定性，尤其適用于大跨度的跨越需求，在面對復(fù)雜的地質(zhì)條件和較大跨度要求時，能夠提供更為可靠的結(jié)構(gòu)支撐。在外觀方面，提籃型鋼管混凝土拱橋線條流暢、造型優(yōu)美，不僅滿足了交通功能需求，還成為了城市或地區(qū)的標(biāo)志性建筑，具有較高的美學(xué)價值。在實際工程應(yīng)用中，大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋已在眾多重要交通項目中嶄露頭角。例如，浙江銅瓦門大橋作為中承式提籃拱橋，其成功建成不僅為當(dāng)?shù)亟煌ㄌ峁┝吮憷?，也展示了該橋型在實際工程中的可行性和優(yōu)勢。江蘇徐州京杭運河特大橋同樣采用提籃型鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)，在跨越京杭運河這一重要航道時，展現(xiàn)出了良好的跨越能力和穩(wěn)定性，保障了水陸交通的順暢。這些實際案例表明，大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋在各種復(fù)雜環(huán)境下都能有效發(fā)揮作用，滿足現(xiàn)代交通對橋梁的多樣化需求。然而，大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋在施工階段的結(jié)構(gòu)受力性能具有復(fù)雜性和特殊性，給工程施工帶來了諸多挑戰(zhàn)。在施工過程中，由于拱橋結(jié)構(gòu)是逐步形成的，各施工階段的結(jié)構(gòu)體系不斷變化，構(gòu)件的受力狀態(tài)也隨之動態(tài)改變。例如，在拱肋的架設(shè)過程中，隨著施工進度的推進，拱肋從初始的懸臂狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)化為最終的拱結(jié)構(gòu)，期間拱肋各截面的內(nèi)力和變形不斷發(fā)生變化。此外，鋼管混凝土的澆筑過程也會對結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生顯著影響，混凝土的澆筑順序、速度以及凝固過程中的收縮徐變等因素，都可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)力分布。如果對這些施工階段的結(jié)構(gòu)受力性能認(rèn)識不足或控制不當(dāng)，可能引發(fā)嚴(yán)重的工程問題。比如，某些構(gòu)件中的應(yīng)力或變形過大，超出設(shè)計允許范圍，就可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部失穩(wěn)甚至整體破壞。東苕溪特大橋在鋼管拱灌注腹腔混凝土?xí)r，腹板與上弦管焊接處出現(xiàn)縱向開裂事故，這充分說明了施工階段結(jié)構(gòu)受力性能研究的重要性和緊迫性。研究大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋施工階段結(jié)構(gòu)受力性能，對保障橋梁安全和質(zhì)量具有重要意義。準(zhǔn)確掌握施工過程中結(jié)構(gòu)的受力特性和變形規(guī)律，有助于施工人員在實際操作中采取合理的施工工藝和技術(shù)措施，有效控制結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形，避免出現(xiàn)施工事故，確保橋梁施工的順利進行。通過對施工階段結(jié)構(gòu)受力性能的深入研究，可以為橋梁的設(shè)計優(yōu)化提供有力依據(jù)。根據(jù)實際施工過程中的受力情況反饋，對橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行調(diào)整和改進，使設(shè)計更加符合工程實際需求，從而提高橋梁的整體性能和安全性。對大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋施工階段結(jié)構(gòu)受力性能的研究成果，還能為類似橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工提供寶貴的參考和借鑒，推動橋梁工程技術(shù)的不斷進步和發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國外，大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的研究和應(yīng)用相對較早，取得了一定的成果。在理論研究方面，學(xué)者們運用有限元法、解析法等手段對拱橋的受力性能進行了深入分析。在實驗研究方面，國外學(xué)者通過制作縮尺模型、全橋模型等進行各種加載實驗，探究拱橋的受力性能。通過對某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的縮尺模型進行加載實驗，分析了結(jié)構(gòu)在不同荷載工況下的應(yīng)力、應(yīng)變分布規(guī)律以及變形特性，驗證了理論分析的部分結(jié)果，為實際工程提供了實驗依據(jù)。在國內(nèi)，隨著交通建設(shè)的快速發(fā)展，大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的建設(shè)數(shù)量不斷增加，相關(guān)研究也日益深入。在理論分析方面，國內(nèi)學(xué)者運用有限元軟件，如ANSYS、MIDAS等，對大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋施工階段的結(jié)構(gòu)受力性能進行了大量的數(shù)值模擬分析。以某具體工程為例，通過建立詳細的有限元模型，模擬了拱肋節(jié)段的吊裝、鋼管混凝土的澆筑等施工過程，分析了各施工階段結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變和位移變化情況。對鋼管混凝土收縮徐變等因素對結(jié)構(gòu)受力性能的影響進行了理論研究，推導(dǎo)了相關(guān)計算公式，為施工階段的結(jié)構(gòu)分析提供了更準(zhǔn)確的理論支持。在實驗研究方面，國內(nèi)學(xué)者通過現(xiàn)場監(jiān)測和模型試驗，對大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋施工階段的結(jié)構(gòu)受力性能進行了研究。在某大橋的施工過程中，對拱肋、吊桿等關(guān)鍵部位的應(yīng)力、應(yīng)變進行了實時監(jiān)測，獲取了實際施工過程中的數(shù)據(jù)，與理論計算結(jié)果進行對比分析，驗證了理論分析和數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。還開展了模型試驗，制作了1:X的縮尺模型，模擬施工過程中的各種工況，研究結(jié)構(gòu)在不同階段的受力性能和破壞模式。然而，目前國內(nèi)外對于大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋施工階段結(jié)構(gòu)受力性能的研究仍存在一些不足之處。一方面，雖然有限元分析方法在研究中得到了廣泛應(yīng)用，但由于拱橋結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和材料的非線性，數(shù)值模擬結(jié)果與實際情況仍存在一定差異，如何進一步提高有限元模型的準(zhǔn)確性和可靠性，使其更真實地反映施工過程中的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，仍是需要深入研究的問題。另一方面，對于一些復(fù)雜施工工藝和特殊工況下的結(jié)構(gòu)受力性能研究還不夠充分。在采用轉(zhuǎn)體施工法時，轉(zhuǎn)體過程中結(jié)構(gòu)的受力特性和穩(wěn)定性分析，以及在強風(fēng)、地震等極端荷載作用下施工階段結(jié)構(gòu)的響應(yīng)研究相對較少，需要進一步加強這方面的研究工作。此外，不同施工階段之間的銜接以及施工過程中結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換對結(jié)構(gòu)受力性能的影響，也需要更深入系統(tǒng)的研究。1.3研究內(nèi)容與方法本研究旨在全面深入地剖析大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋在施工階段的結(jié)構(gòu)受力性能，具體研究內(nèi)容涵蓋以下幾個關(guān)鍵方面：提籃型鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)特點與施工流程分析：對提籃型鋼管混凝土拱橋的構(gòu)造特點展開細致研究，深入了解其獨特的結(jié)構(gòu)組成，包括拱肋的形狀、尺寸、間距，以及提籃型結(jié)構(gòu)的幾何特征等，分析這些構(gòu)造特點對結(jié)構(gòu)受力性能的影響。同時，全面掌握該橋型所使用的材料性質(zhì)，如鋼材的強度等級、彈性模量、屈服強度等，以及混凝土的抗壓強度、彈性模量、收縮徐變特性等，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)受力分析提供堅實的材料參數(shù)依據(jù)。詳細梳理施工工藝，明確各個施工步驟的具體操作和先后順序，如拱肋的分段預(yù)制、運輸、吊裝，鋼管混凝土的澆筑方法、順序和時間間隔，吊桿的安裝與張拉工藝等，深入分析施工流程中各環(huán)節(jié)對結(jié)構(gòu)受力性能的潛在影響。提籃型鋼管混凝土拱橋施工階段的結(jié)構(gòu)受力特性研究：運用有限元方法，借助專業(yè)的有限元軟件，如ANSYS、MIDAS等，建立精確的大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋施工階段結(jié)構(gòu)模型。對模型進行全面的受力分析，詳細計算和深入分析在不同施工階段，結(jié)構(gòu)的變形情況，包括拱肋的豎向和橫向位移、撓度變化；內(nèi)力分布，如拱肋、吊桿、系梁等構(gòu)件的軸力、彎矩、剪力；以及應(yīng)力狀態(tài)，包括混凝土的壓應(yīng)力、拉應(yīng)力，鋼材的拉應(yīng)力、壓應(yīng)力等，揭示結(jié)構(gòu)在施工過程中的受力演變規(guī)律。提籃型鋼管混凝土拱橋施工階段支座反力計算及支座位移控制方法研究：在施工過程中，對拱橋的支座反力進行精確計算，考慮不同施工階段的荷載組合，包括結(jié)構(gòu)自重、施工荷載、風(fēng)荷載、溫度荷載等，運用結(jié)構(gòu)力學(xué)原理和相關(guān)計算公式，準(zhǔn)確求解支座反力的大小和方向。結(jié)合位移控制方法，通過理論分析和工程經(jīng)驗，制定合理的支座位移控制指標(biāo)和控制措施，如采用合適的支座形式、設(shè)置臨時支撐、調(diào)整施工順序等，確保支座位移在設(shè)計允許范圍內(nèi)，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。提籃型鋼管混凝土拱橋施工階段的安全性評估：基于前面的研究成果，對大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋在施工過程中的安全性進行全面評估。建立科學(xué)合理的安全評估指標(biāo)體系，綜合考慮結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平、變形程度、穩(wěn)定性系數(shù)等因素，運用可靠度理論、風(fēng)險評估方法等，對施工階段結(jié)構(gòu)的安全性進行量化評估。根據(jù)評估結(jié)果，制定針對性的施工安全措施，如加強施工監(jiān)測、設(shè)置預(yù)警機制、制定應(yīng)急預(yù)案等，有效降低施工風(fēng)險，確保橋梁施工的順利進行。在研究方法上，本研究將綜合運用理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測三種手段：理論分析：依據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、彈性力學(xué)等基本力學(xué)理論，對大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋在施工階段的受力性能進行理論推導(dǎo)和分析。建立力學(xué)模型，推導(dǎo)相關(guān)計算公式，求解結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形和應(yīng)力等參數(shù)，為數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測提供理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。數(shù)值模擬：利用有限元軟件，如ANSYS、MIDAS等，建立詳細的大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋施工階段結(jié)構(gòu)模型。對模型施加各種荷載工況和邊界條件，模擬施工過程中的各種實際情況，進行結(jié)構(gòu)的靜力分析、動力分析、穩(wěn)定性分析等，全面深入地研究結(jié)構(gòu)在施工階段的受力性能和變形特性?，F(xiàn)場監(jiān)測：在實際橋梁施工過程中，對大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的關(guān)鍵部位，如拱肋、吊桿、系梁、支座等，布置傳感器，包括應(yīng)變片、位移計、壓力傳感器等，實時監(jiān)測結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變、位移等參數(shù)。將現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)與理論分析和數(shù)值模擬結(jié)果進行對比分析，驗證理論分析和數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，及時發(fā)現(xiàn)施工過程中存在的問題，并采取相應(yīng)的措施進行調(diào)整和優(yōu)化。二、大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)特點與施工流程2.1結(jié)構(gòu)特點大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋是一種將鋼管混凝土結(jié)構(gòu)與提籃型拱巧妙結(jié)合的獨特橋型，其結(jié)構(gòu)特點涵蓋多個方面，這些特點不僅決定了橋梁的外觀形態(tài)，更對其受力性能產(chǎn)生了深遠影響。2.1.1提籃型拱肋構(gòu)造提籃型拱肋是該橋型的核心部件，其獨特構(gòu)造對橋梁的受力性能起著關(guān)鍵作用。拱肋通常由鋼管和內(nèi)部填充的混凝土組成，鋼管不僅為混凝土提供了外部約束，使其處于三向受壓狀態(tài)，從而顯著提高混凝土的抗壓強度和變形能力，還承擔(dān)了結(jié)構(gòu)的大部分拉力?；炷羷t填充于鋼管內(nèi)部，增強了結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性，同時充分發(fā)揮了自身的抗壓性能，二者協(xié)同工作，使拱肋具有較高的強度-重量比。拱肋的傾斜角度是提籃型拱肋構(gòu)造的重要參數(shù)之一。適當(dāng)?shù)膬A斜角度能夠有效增強橋梁的橫向穩(wěn)定性，當(dāng)拱肋向內(nèi)傾斜時，在橫向荷載作用下，拱肋會產(chǎn)生一個向內(nèi)的水平分力，這個分力可以抵抗橫向荷載對橋梁的作用，減小橋梁的橫向位移和變形，從而提高橋梁的橫向抗風(fēng)能力和抗震能力。但如果傾斜角度過大，會導(dǎo)致拱肋的受力狀態(tài)變得復(fù)雜，增加拱肋的軸向力和彎矩，可能引發(fā)結(jié)構(gòu)的局部失穩(wěn)或破壞。在實際工程中，需要綜合考慮橋梁的跨度、荷載條件、地質(zhì)情況等因素，合理確定拱肋的傾斜角度。浙江銅瓦門大橋的拱肋向內(nèi)傾斜一定角度，在多年的使用過程中，展現(xiàn)出了良好的橫向穩(wěn)定性，經(jīng)受住了各種自然荷載的考驗。拱肋的截面形狀也對結(jié)構(gòu)受力性能有著重要影響。常見的拱肋截面形狀有圓形、矩形、啞鈴形等。圓形截面的拱肋在受力時，應(yīng)力分布較為均勻，具有較好的抗彎和抗扭性能，能夠有效抵抗來自不同方向的荷載作用。矩形截面的拱肋則在某些特定情況下具有優(yōu)勢，其制作和施工相對簡單，在承受較大的豎向荷載時，能夠提供較大的抗彎剛度。啞鈴形截面結(jié)合了圓形和矩形截面的優(yōu)點，在保證一定抗彎、抗扭性能的同時，還能減輕結(jié)構(gòu)自重，提高結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性。不同的截面形狀適用于不同的工程需求，在設(shè)計時需要根據(jù)具體情況進行選擇。例如，在一些對美觀要求較高且跨度相對較小的橋梁中，可能會選擇圓形截面拱肋，以展現(xiàn)其流暢的線條和獨特的造型；而在一些承受較大豎向荷載的大跨度橋梁中，矩形截面或啞鈴形截面拱肋可能更為合適。2.1.2吊桿與系桿設(shè)置吊桿和系桿是大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的重要組成部分，它們的布置方式和材料特性對橋梁的受力性能和穩(wěn)定性有著重要影響。吊桿的主要作用是將橋道系的荷載傳遞到拱肋上，使橋道系與拱肋共同承受荷載，從而減小拱肋的受力負(fù)擔(dān)。吊桿通常采用高強度鋼材制作，如鍍鋅高強鋼絲、鋼絞線等，這些材料具有較高的抗拉強度和疲勞性能，能夠滿足吊桿在長期使用過程中承受反復(fù)荷載的要求。吊桿的布置方式有多種，常見的有豎直吊桿和傾斜吊桿。豎直吊桿布置方式簡單，施工方便，能夠有效地將橋道系的豎向荷載傳遞到拱肋上。傾斜吊桿則可以在傳遞豎向荷載的同時，提供一定的水平分力，增強橋梁的橫向穩(wěn)定性，還能減小吊桿的長度，降低吊桿的應(yīng)力幅，提高吊桿的疲勞壽命。在實際工程中，吊桿的布置方式需要根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)形式、跨度、荷載條件等因素進行綜合考慮。以某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋為例，通過有限元分析對比了豎直吊桿和傾斜吊桿兩種布置方式下橋梁的受力性能，結(jié)果表明，采用傾斜吊桿布置方式時，橋梁的橫向位移明顯減小，結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性得到了提高。系桿的主要作用是平衡拱的水平推力，使拱的水平推力通過系桿傳遞到兩端的橋臺或橋墩上，從而減小橋墩或橋臺所承受的水平力，保證橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。系桿一般采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線或高強度鋼筋制作，通過施加預(yù)應(yīng)力，可以有效地提高系桿的抗拉能力，減小系桿的變形。系桿的布置方式也會影響橋梁的受力性能。在中承式提籃型鋼管混凝土拱橋中，系桿通常布置在橋面以下，與拱肋形成一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系。而在一些下承式提籃型鋼管混凝土拱橋中，系桿可能布置在橋面以上，形成一種獨特的景觀效果。系桿的布置還需要考慮與吊桿的相互作用，合理的布置方式可以使吊桿和系桿協(xié)同工作，共同承擔(dān)荷載，提高橋梁的整體性能。2.1.3整體結(jié)構(gòu)力學(xué)性能優(yōu)勢大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋相較于其他橋型，在結(jié)構(gòu)力學(xué)性能上具有諸多顯著優(yōu)勢。該橋型具有較強的面外穩(wěn)定性。提籃型拱肋的獨特構(gòu)造使得橋梁在橫向荷載作用下，能夠產(chǎn)生有效的抵抗機制。拱肋的傾斜角度和合理的截面形狀，以及吊桿和系桿的協(xié)同作用，共同增強了橋梁的橫向剛度，使其能夠更好地抵抗風(fēng)荷載、地震荷載等水平荷載的作用。在強風(fēng)作用下，提籃型拱肋可以通過自身的結(jié)構(gòu)特點，將風(fēng)荷載產(chǎn)生的橫向力有效地分散和傳遞，減小橋梁的橫向位移和振動，保證橋梁的安全穩(wěn)定。與傳統(tǒng)的平行拱拱橋相比，提籃型鋼管混凝土拱橋的面外穩(wěn)定性得到了顯著提高，能夠適應(yīng)更復(fù)雜的自然環(huán)境和交通荷載條件。該橋型具有較高的承載能力。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用使得拱肋具有較高的強度-重量比，能夠在承受較大荷載的同時，減輕結(jié)構(gòu)自重。吊桿和系桿的合理布置進一步優(yōu)化了結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，使荷載能夠均勻地分布在整個橋梁結(jié)構(gòu)上，提高了橋梁的承載能力。在相同的跨度和荷載條件下，大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋能夠比其他橋型承受更大的荷載，適用于交通流量大、荷載等級高的交通要道。大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋還具有較好的變形能力和抗震性能。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的良好塑性和韌性，以及提籃型拱肋的獨特構(gòu)造，使得橋梁在承受地震等動力荷載時，能夠通過結(jié)構(gòu)的變形來消耗能量，減小地震力對結(jié)構(gòu)的破壞。吊桿和系桿的設(shè)置也增強了結(jié)構(gòu)的整體性和延性，使橋梁在地震作用下能夠保持較好的結(jié)構(gòu)性能，降低地震災(zāi)害的影響。2.2施工流程2.2.1基礎(chǔ)施工大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的基礎(chǔ)施工是整個橋梁建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其質(zhì)量直接關(guān)系到橋梁的穩(wěn)定性和安全性。常見的基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)，在施工過程中，需嚴(yán)格把控各個施工要點。在樁基礎(chǔ)施工方面，通常采用鉆孔灌注樁或挖孔灌注樁的方法。鉆孔灌注樁施工時，首先要進行測量放線，精確確定樁位，使用專業(yè)的鉆孔設(shè)備，如旋挖鉆機或沖擊鉆機，根據(jù)地質(zhì)條件選擇合適的鉆進參數(shù)，確保鉆孔的垂直度和孔徑符合設(shè)計要求。在鉆進過程中，要注意泥漿的制備和使用，泥漿不僅可以起到護壁的作用，防止孔壁坍塌，還能攜帶鉆渣，保證鉆孔的順利進行。當(dāng)鉆孔達到設(shè)計深度后，需進行清孔作業(yè)，清除孔底的沉渣，使孔底的沉淀厚度滿足設(shè)計和規(guī)范要求，以提高樁的承載能力。對于挖孔灌注樁，在開挖前要做好安全防護措施，設(shè)置必要的支護結(jié)構(gòu)，防止土體坍塌。開挖過程中，要嚴(yán)格控制挖孔的尺寸和垂直度，及時檢查孔壁的穩(wěn)定性。在挖孔達到設(shè)計深度后，同樣要進行清孔和驗孔工作，確?？椎谉o虛土、無松動巖石。承臺施工也是基礎(chǔ)施工的重要部分。在進行承臺施工時，首先要進行基坑開挖。根據(jù)地質(zhì)條件和現(xiàn)場情況，選擇合適的開挖方法，如放坡開挖或采用支護結(jié)構(gòu)進行開挖。在開挖過程中，要注意控制開挖深度和坡度，避免超挖或欠挖，同時要做好排水措施，防止基坑積水?；娱_挖完成后，進行基底處理，對基底進行平整、夯實，使其滿足設(shè)計的承載力要求。在綁扎鋼筋時，要嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙進行鋼筋的布置和連接，確保鋼筋的數(shù)量、規(guī)格和間距符合要求。在安裝模板時，要保證模板的平整度和密封性，防止漏漿?；炷翝仓浅信_施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，要控制好混凝土的配合比和澆筑速度，采用分層澆筑、振搗密實的方法，確?；炷恋馁|(zhì)量。在混凝土澆筑完成后，要及時進行養(yǎng)護，保持混凝土表面濕潤，防止混凝土出現(xiàn)裂縫，養(yǎng)護時間應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求。2.2.2拱肋制作與安裝拱肋作為大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的主要承重構(gòu)件，其制作工藝和安裝過程直接影響橋梁的結(jié)構(gòu)性能和使用壽命。在拱肋制作工藝方面，拱肋通常采用鋼管作為外殼，內(nèi)部填充混凝土。鋼管的制作需要嚴(yán)格控制尺寸精度和焊接質(zhì)量。在鋼管加工過程中，使用先進的數(shù)控切割設(shè)備，對鋼管的相貫線及焊接坡口進行精確切割，確保各節(jié)段之間的連接精度。采用CO?氣體保護自動焊技術(shù)和埋弧自動焊技術(shù)進行焊接，這些焊接技術(shù)能夠保證焊縫的質(zhì)量和強度，減少焊接缺陷的產(chǎn)生。在節(jié)段生產(chǎn)過程中，運用匹配制造技術(shù)，確保各節(jié)段之間的尺寸匹配和連接精度。為了補償焊接過程中的收縮變形，采用焊接收縮補償量技術(shù)，提前對鋼管的尺寸進行調(diào)整。在焊接完成后，對焊縫進行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗，包括外觀檢查、超聲波探傷和射線探傷等，確保焊縫質(zhì)量符合設(shè)計和規(guī)范要求。拱肋的運輸方式需根據(jù)工程實際情況和現(xiàn)場條件進行選擇。對于較短的拱肋節(jié)段，可以采用平板車運輸；對于較長的拱肋節(jié)段，可能需要采用專門的運輸支架，以保證拱肋在運輸過程中的穩(wěn)定性和完整性。在運輸過程中，要對拱肋進行妥善的固定和防護，防止拱肋受到碰撞和損壞。拱肋安裝過程中的關(guān)鍵技術(shù)和注意事項眾多。在安裝前，要對施工現(xiàn)場進行詳細的勘察和測量，確定拱肋的安裝位置和標(biāo)高。常見的拱肋安裝方法有纜索吊裝法、懸臂拼裝法等。纜索吊裝法是利用纜索系統(tǒng)將拱肋節(jié)段吊運至安裝位置，在吊裝過程中，要精確控制纜索的張力和拱肋的位置，確保拱肋的準(zhǔn)確就位。懸臂拼裝法是從拱腳開始，逐段向跨中拼裝拱肋節(jié)段，在拼裝過程中，要注意控制懸臂的長度和穩(wěn)定性，采用合適的臨時支撐和扣掛系統(tǒng)。在拱肋節(jié)段的對接過程中，要嚴(yán)格控制對接精度，確保各節(jié)段之間的連接緊密、牢固。對于提籃型拱肋，還要注意控制拱肋的傾斜角度和橫向位置，保證拱肋的空間姿態(tài)符合設(shè)計要求。在安裝過程中，要對拱肋的應(yīng)力和變形進行實時監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整安裝工藝和參數(shù)，確保拱肋的安裝質(zhì)量和安全。2.2.3吊桿與系桿安裝吊桿和系桿的安裝在大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的施工中起著關(guān)鍵作用，它們的安裝順序和張拉工藝直接影響橋梁的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)和整體性能。吊桿和系桿的安裝順序需嚴(yán)格按照設(shè)計要求和施工方案進行。一般先安裝系桿，再安裝吊桿。系桿的安裝通常從拱腳開始，向跨中依次進行。在安裝系桿時，要確保系桿的位置準(zhǔn)確，錨固可靠。吊桿的安裝則根據(jù)系桿的安裝進度，按照一定的順序進行。在安裝吊桿時，要注意吊桿的垂直度和張拉力的均勻性。吊桿和系桿的張拉工藝是施工過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在張拉前，要對張拉設(shè)備進行校準(zhǔn)和調(diào)試，確保張拉設(shè)備的準(zhǔn)確性和可靠性。系桿的張拉通常采用分批、分級張拉的方法，根據(jù)施工進度和結(jié)構(gòu)受力情況，逐步施加張拉力，使系桿的張拉力與拱的水平推力相適應(yīng)。在張拉過程中，要密切關(guān)注系桿的伸長量和張拉力的變化，確保張拉力達到設(shè)計要求。吊桿的張拉也采用分批、分級張拉的方法，根據(jù)設(shè)計要求和施工方案，確定吊桿的張拉順序和張拉力。在張拉過程中，要注意控制吊桿的張拉力和伸長量，避免吊桿受力不均勻或張拉力過大。吊桿和系桿的安裝對結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)有著重要影響。合理的安裝順序和張拉工藝可以使結(jié)構(gòu)的受力更加均勻，減小結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力集中。如果安裝順序或張拉工藝不當(dāng)，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力不均，出現(xiàn)局部應(yīng)力過大或變形過大的情況，影響橋梁的安全性和使用壽命。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的施工中，由于吊桿張拉順序不合理，導(dǎo)致部分吊桿受力過大，出現(xiàn)了明顯的變形，經(jīng)過重新調(diào)整張拉順序和張拉力，才使結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)恢復(fù)正常。2.2.4混凝土澆筑與養(yǎng)護鋼管內(nèi)混凝土澆筑是大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋施工的關(guān)鍵工序之一，其澆筑方法和施工控制要點直接關(guān)系到混凝土的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的受力性能。鋼管內(nèi)混凝土澆筑的方法主要有泵送頂升法和高位拋落法。泵送頂升法是利用混凝土泵的壓力，將混凝土從鋼管底部頂升，使其充滿整個鋼管。在泵送頂升過程中，要確保混凝土的和易性和可泵性，控制好泵送壓力和泵送速度，防止出現(xiàn)堵管現(xiàn)象。高位拋落法是將混凝土從鋼管頂部自由落下，利用混凝土的自重使其填充鋼管。在采用高位拋落法時，要控制好拋落高度和混凝土的下落速度，確保混凝土能夠充分填充鋼管，同時要注意防止混凝土出現(xiàn)離析現(xiàn)象。在混凝土澆筑過程中，施工控制要點至關(guān)重要。要嚴(yán)格控制混凝土的配合比，確?；炷恋膹姸取⒘鲃有院湍途眯詽M足設(shè)計要求。在澆筑前，要對鋼管進行清理和濕潤，防止鋼管內(nèi)壁干燥吸收混凝土中的水分，影響混凝土的質(zhì)量。在澆筑過程中，要密切關(guān)注混凝土的澆筑高度和澆筑速度，及時調(diào)整澆筑參數(shù)。要對混凝土的密實度進行檢測，可采用敲擊鋼管、超聲波檢測等方法，確?；炷撂畛涿軐?。混凝土養(yǎng)護對保證混凝土的強度增長和耐久性具有重要意義。在混凝土澆筑完成后，要及時進行養(yǎng)護。養(yǎng)護方法主要有灑水養(yǎng)護和噴涂養(yǎng)護劑養(yǎng)護。灑水養(yǎng)護是在混凝土表面覆蓋濕潤的麻袋或草簾，定期灑水，保持混凝土表面濕潤。噴涂養(yǎng)護劑養(yǎng)護是在混凝土表面噴涂養(yǎng)護劑，形成一層保護膜，防止混凝土水分蒸發(fā)。養(yǎng)護時間應(yīng)根據(jù)混凝土的類型、環(huán)境溫度和濕度等因素確定，一般不少于規(guī)范規(guī)定的天數(shù)。在養(yǎng)護期間，要避免對混凝土結(jié)構(gòu)進行擾動，確?；炷聊軌蛘Ｓ不蛷姸仍鲩L。三、施工階段結(jié)構(gòu)受力特性分析3.1施工階段主要荷載分析在大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的施工過程中，結(jié)構(gòu)會受到多種荷載的作用，這些荷載的大小、分布和作用時間對結(jié)構(gòu)的受力性能和變形特性有著顯著影響。準(zhǔn)確分析這些荷載，是確保橋梁施工安全和質(zhì)量的關(guān)鍵。3.1.1自重荷載自重荷載是大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋施工階段的主要荷載之一，它貫穿于整個施工過程，對結(jié)構(gòu)的受力和變形產(chǎn)生持續(xù)影響。在施工前期，隨著拱肋節(jié)段的逐步安裝，拱肋的自重不斷增加，結(jié)構(gòu)的受力體系也隨之發(fā)生變化。由于拱肋在初始階段尚未形成完整的拱結(jié)構(gòu)，處于懸臂狀態(tài)，其自重會使拱肋產(chǎn)生較大的彎矩和剪力，尤其是在拱腳和節(jié)段連接處，應(yīng)力集中現(xiàn)象較為明顯。如果在施工過程中，對拱肋自重引起的應(yīng)力和變形控制不當(dāng)，可能導(dǎo)致拱肋出現(xiàn)裂縫甚至局部失穩(wěn)。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的施工中，由于在拱肋節(jié)段安裝過程中，未充分考慮拱肋自重對結(jié)構(gòu)的影響，導(dǎo)致拱肋節(jié)段連接處出現(xiàn)了細微裂縫，后經(jīng)過對施工方案的調(diào)整和加強臨時支撐，才確保了施工的順利進行。當(dāng)進行鋼管內(nèi)混凝土澆筑時，混凝土的自重也會對結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生重要影響?；炷恋臐仓樞蚝退俣葧绊懡Y(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，如果澆筑順序不合理，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力不均，產(chǎn)生過大的變形。在采用對稱澆筑法時，若兩側(cè)混凝土澆筑速度不一致，可能使拱肋產(chǎn)生偏心受力，從而影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在實際工程中，需要通過精確計算和現(xiàn)場監(jiān)測，合理控制混凝土的澆筑順序和速度，以減小混凝土自重對結(jié)構(gòu)的不利影響。在施工后期，隨著吊桿和系桿的安裝以及橋面系的施工，這些部分的自重也會逐漸施加到結(jié)構(gòu)上，進一步改變結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。吊桿和系桿的張拉力需要根據(jù)結(jié)構(gòu)自重和其他荷載的變化進行調(diào)整，以保證結(jié)構(gòu)的受力平衡和穩(wěn)定。橋面系的自重分布也會影響結(jié)構(gòu)的變形，需要在設(shè)計和施工中充分考慮，確保橋面系的施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的整體性能。3.1.2施工荷載施工荷載是大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋施工階段的重要荷載，包括施工設(shè)備、人員荷載以及臨時結(jié)構(gòu)的重量等，這些荷載在施工過程中具有臨時性和不確定性，對結(jié)構(gòu)的受力性能產(chǎn)生重要影響。施工設(shè)備如塔吊、起重機、混凝土泵車等，在工作過程中會對結(jié)構(gòu)施加較大的集中荷載。塔吊在吊運拱肋節(jié)段時，其起吊力和沖擊力會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生瞬間的較大荷載作用。如果施工設(shè)備的布置位置不合理或操作不當(dāng)，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力過大，甚至引發(fā)結(jié)構(gòu)的破壞。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的施工中，由于塔吊在吊運拱肋節(jié)段時，起吊點位置偏離設(shè)計位置，導(dǎo)致拱肋局部受到過大的集中荷載，出現(xiàn)了局部變形，后經(jīng)過對塔吊操作的規(guī)范和起吊點位置的調(diào)整，才避免了類似問題的再次發(fā)生。人員荷載和施工材料的堆放也會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響。施工人員在橋上的活動和施工材料的堆放位置、重量等，都需要在施工過程中進行合理安排，以防止結(jié)構(gòu)局部受力不均。在橋面上集中堆放大量施工材料時，可能會使橋面板承受過大的壓力，導(dǎo)致橋面板出現(xiàn)裂縫或變形。在實際施工中，需要制定嚴(yán)格的施工材料堆放管理制度，確保施工材料的堆放位置和重量符合設(shè)計要求。臨時結(jié)構(gòu)如施工支架、掛籃、扣索等，在施工過程中起到支撐和穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用，但它們本身的重量也會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加荷載。施工支架的設(shè)置需要考慮其承載能力和穩(wěn)定性，確保在承受施工荷載和結(jié)構(gòu)自重時不會發(fā)生失穩(wěn)。掛籃在懸臂施工過程中，其重量和移動過程中的動態(tài)荷載會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，需要通過精確計算和現(xiàn)場監(jiān)測，合理控制掛籃的重量和移動速度，以減小對結(jié)構(gòu)的不利影響?？鬯髟诠袄甙惭b過程中，其索力的大小和變化會影響拱肋的受力狀態(tài)，需要根據(jù)施工進度和結(jié)構(gòu)受力情況，及時調(diào)整扣索索力，確保拱肋的安裝精度和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。3.1.3環(huán)境荷載環(huán)境荷載是大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋施工階段不可忽視的重要荷載，主要包括風(fēng)荷載和溫度荷載等，這些荷載的作用具有隨機性和復(fù)雜性，對結(jié)構(gòu)的受力性能和穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。風(fēng)荷載在大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋施工階段是一個重要的影響因素。在橋梁施工過程中，由于結(jié)構(gòu)尚未完全形成，其抗風(fēng)能力相對較弱，風(fēng)荷載可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的振動和變形。在強風(fēng)作用下，風(fēng)荷載產(chǎn)生的橫向力和豎向力會使拱肋、吊桿等構(gòu)件受到較大的壓力和拉力，可能引發(fā)結(jié)構(gòu)的局部失穩(wěn)或疲勞破壞。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的施工中，由于在強風(fēng)天氣下未采取有效的抗風(fēng)措施，導(dǎo)致拱肋出現(xiàn)了較大的橫向位移和振動，后經(jīng)過加強臨時支撐和設(shè)置防風(fēng)纜索，才確保了結(jié)構(gòu)的安全。風(fēng)荷載的大小和方向具有不確定性，受到風(fēng)速、風(fēng)向、地形等多種因素的影響。在進行風(fēng)荷載計算時，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料和橋梁的地理位置，合理確定風(fēng)荷載的取值。同時，還需要考慮風(fēng)振系數(shù)等因素，對風(fēng)荷載進行修正，以準(zhǔn)確評估風(fēng)荷載對結(jié)構(gòu)的影響。溫度荷載也是施工階段需要考慮的重要環(huán)境荷載。在施工過程中，由于溫度的變化，結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力。在夏季高溫時段，鋼管和混凝土的溫度升高，會使結(jié)構(gòu)膨脹，而在冬季低溫時段，結(jié)構(gòu)會收縮。這種溫度變化引起的脹縮變形如果受到約束，就會在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力。當(dāng)溫度應(yīng)力超過結(jié)構(gòu)的承載能力時，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫或破壞。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的施工中，由于在混凝土澆筑后，未及時采取有效的溫度控制措施，導(dǎo)致混凝土在硬化過程中受到溫度變化的影響，出現(xiàn)了溫度裂縫，后經(jīng)過加強混凝土的養(yǎng)護和溫度控制，才避免了類似問題的再次發(fā)生。溫度荷載的計算需要考慮結(jié)構(gòu)的材料特性、溫度變化范圍以及結(jié)構(gòu)的約束條件等因素。在實際工程中，可以通過設(shè)置伸縮縫、采用溫控措施等方法，減小溫度荷載對結(jié)構(gòu)的影響。3.2結(jié)構(gòu)應(yīng)力與變形分析3.2.1拱肋應(yīng)力分布規(guī)律通過理論分析和數(shù)值模擬，對大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋施工階段拱肋的應(yīng)力分布規(guī)律進行深入研究，對于準(zhǔn)確把握結(jié)構(gòu)受力性能、確保施工安全和橋梁質(zhì)量具有重要意義。在拱肋節(jié)段吊裝階段，拱肋處于懸臂狀態(tài)，其應(yīng)力分布呈現(xiàn)出明顯的特征。以某實際工程為例，通過有限元軟件建立精確的結(jié)構(gòu)模型，模擬拱肋節(jié)段吊裝過程。結(jié)果顯示，在懸臂端，由于受到節(jié)段自重和施工荷載的作用，拱肋上緣主要承受拉應(yīng)力，下緣主要承受壓應(yīng)力。在靠近拱腳的部位，由于拱腳的約束作用，拱肋的應(yīng)力分布較為復(fù)雜，除了軸向應(yīng)力外，還存在較大的彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的拱肋節(jié)段吊裝過程中，實測數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果相符，懸臂端上緣的拉應(yīng)力達到了設(shè)計允許值的60%，下緣的壓應(yīng)力達到了設(shè)計允許值的70%。在鋼管內(nèi)混凝土澆筑階段，混凝土的澆筑過程對拱肋應(yīng)力分布產(chǎn)生顯著影響。隨著混凝土的澆筑，拱肋的受力狀態(tài)逐漸發(fā)生變化。在澆筑初期，混凝土的自重使拱肋下緣的壓應(yīng)力進一步增大，同時，由于混凝土的流動性和填充過程中的壓力作用，拱肋內(nèi)部會產(chǎn)生一定的環(huán)向應(yīng)力。當(dāng)混凝土澆筑至一定高度后，拱肋與混凝土之間的協(xié)同工作逐漸增強，共同承受外部荷載，拱肋的應(yīng)力分布趨于均勻。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的混凝土澆筑過程中，通過在拱肋上布置應(yīng)變片進行實時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)隨著混凝土澆筑高度的增加，拱肋下緣的壓應(yīng)力逐漸增大，當(dāng)混凝土澆筑完成后，拱肋的應(yīng)力分布基本穩(wěn)定，與理論分析結(jié)果一致。在成橋階段，拱肋作為主要承重構(gòu)件，其應(yīng)力分布與設(shè)計狀態(tài)密切相關(guān)。在自重、活載、溫度荷載等多種荷載的共同作用下，拱肋的應(yīng)力分布呈現(xiàn)出復(fù)雜的狀態(tài)。拱頂部位主要承受軸向壓力，應(yīng)力分布相對均勻；拱腳部位則承受較大的軸向力、彎矩和剪力，應(yīng)力集中現(xiàn)象較為明顯。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的成橋階段，通過有限元分析和現(xiàn)場監(jiān)測相結(jié)合的方法，對拱肋的應(yīng)力分布進行研究。結(jié)果表明，拱頂部位的壓應(yīng)力滿足設(shè)計要求，拱腳部位的最大應(yīng)力值接近設(shè)計允許值，需要在設(shè)計和施工中采取相應(yīng)的加強措施，以確保結(jié)構(gòu)的安全。3.2.2吊桿與系桿應(yīng)力變化吊桿和系桿作為大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的重要組成部分，在施工過程中，它們的應(yīng)力變化規(guī)律對結(jié)構(gòu)整體性能有著至關(guān)重要的影響。在吊桿安裝階段，吊桿的初始張拉力是影響其后續(xù)應(yīng)力變化的關(guān)鍵因素。合理的初始張拉力能夠使吊桿在承受荷載時，與拱肋和系桿協(xié)同工作，共同承擔(dān)結(jié)構(gòu)的重量和外部荷載。如果初始張拉力過大或過小，都會導(dǎo)致吊桿受力不均，影響結(jié)構(gòu)的整體性能。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的吊桿安裝過程中，通過采用精確的張拉設(shè)備和嚴(yán)格的施工工藝，控制吊桿的初始張拉力在設(shè)計允許范圍內(nèi)。在施工過程中，對吊桿的應(yīng)力進行實時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)隨著施工進度的推進，吊桿的應(yīng)力逐漸增加，且各吊桿的應(yīng)力變化基本一致，表明吊桿的安裝和張拉工藝符合設(shè)計要求。在系桿張拉階段，系桿的張拉力對平衡拱的水平推力起著關(guān)鍵作用。系桿的張拉力需要根據(jù)施工過程中拱的受力狀態(tài)和變形情況進行合理調(diào)整，以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的系桿張拉過程中，通過有限元分析計算出不同施工階段系桿的張拉力，并在現(xiàn)場進行實時監(jiān)測和調(diào)整。結(jié)果表明，隨著系桿張拉力的逐漸增加，拱的水平推力得到有效平衡，結(jié)構(gòu)的變形得到控制。在系桿張拉完成后，對系桿的應(yīng)力進行檢測，發(fā)現(xiàn)系桿的應(yīng)力分布均勻，滿足設(shè)計要求。在施工全過程中，吊桿和系桿的應(yīng)力變化還受到其他因素的影響，如溫度變化、活載作用等。溫度變化會導(dǎo)致吊桿和系桿的材料性能發(fā)生變化，從而引起應(yīng)力的變化?；钶d作用則會使吊桿和系桿承受動態(tài)荷載，產(chǎn)生應(yīng)力波動。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的施工過程中，通過對溫度變化和活載作用進行監(jiān)測和分析，發(fā)現(xiàn)溫度變化對吊桿和系桿的應(yīng)力影響較小，但在活載作用下，吊桿和系桿的應(yīng)力會出現(xiàn)明顯的波動。為了減小活載對吊桿和系桿應(yīng)力的影響，在設(shè)計中采取了相應(yīng)的措施，如增加吊桿和系桿的剛度、優(yōu)化結(jié)構(gòu)的動力性能等。3.2.3結(jié)構(gòu)變形特征大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋在施工階段的結(jié)構(gòu)變形特征是評估橋梁施工安全和質(zhì)量的重要指標(biāo)，其豎向和橫向變形不僅直接影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還對施工精度有著關(guān)鍵作用。在施工過程中，拱肋的豎向變形是結(jié)構(gòu)變形的主要表現(xiàn)之一。在拱肋節(jié)段吊裝階段，由于拱肋處于懸臂狀態(tài)，自重和施工荷載會使拱肋產(chǎn)生較大的豎向撓度。隨著節(jié)段的逐步安裝，拱肋的長度增加，豎向撓度也會相應(yīng)增大。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的拱肋節(jié)段吊裝過程中，通過有限元模擬分析，得到了拱肋在不同施工階段的豎向撓度變化曲線。結(jié)果顯示，在拱肋節(jié)段吊裝初期，拱肋的豎向撓度增長較快，當(dāng)拱肋接近合龍時，豎向撓度的增長速度逐漸減緩。在實際施工中，通過對拱肋的豎向撓度進行實時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果基本一致，最大豎向撓度控制在設(shè)計允許范圍內(nèi)。在鋼管內(nèi)混凝土澆筑階段，混凝土的澆筑過程會對拱肋的豎向變形產(chǎn)生影響。隨著混凝土的澆筑，拱肋的重量增加，豎向撓度也會進一步增大。由于混凝土的澆筑順序和速度不同，可能會導(dǎo)致拱肋產(chǎn)生不均勻的豎向變形。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的混凝土澆筑過程中，采用對稱澆筑的方法，控制混凝土的澆筑速度和高度，以減小拱肋的不均勻豎向變形。通過實時監(jiān)測拱肋的豎向變形，發(fā)現(xiàn)采用對稱澆筑方法后，拱肋的豎向變形較為均勻，最大豎向變形滿足設(shè)計要求。橋梁的橫向變形也是施工階段需要關(guān)注的重要變形特征。在提籃型拱肋的施工過程中，由于拱肋的傾斜角度和結(jié)構(gòu)的不對稱性，在橫向荷載作用下，結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生橫向變形。風(fēng)荷載是引起橋梁橫向變形的主要荷載之一，在強風(fēng)作用下，橋梁的橫向位移和扭轉(zhuǎn)角會顯著增大。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的施工過程中，通過風(fēng)洞試驗和有限元分析，研究了風(fēng)荷載作用下橋梁的橫向變形特性。結(jié)果表明，在設(shè)計風(fēng)速下，橋梁的橫向位移和扭轉(zhuǎn)角均在允許范圍內(nèi)，但當(dāng)風(fēng)速超過一定值時，橋梁的橫向變形會急劇增大，可能影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在實際施工中，需要根據(jù)風(fēng)荷載的大小和方向，采取相應(yīng)的抗風(fēng)措施，如設(shè)置防風(fēng)纜索、加強臨時支撐等，以減小橋梁的橫向變形。結(jié)構(gòu)變形對施工精度有著直接影響。如果結(jié)構(gòu)變形過大，會導(dǎo)致拱肋節(jié)段之間的對接困難，影響施工進度和質(zhì)量。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的施工中，由于對結(jié)構(gòu)變形控制不當(dāng)，導(dǎo)致部分拱肋節(jié)段對接誤差超出允許范圍，不得不進行返工處理，增加了施工成本和工期。為了保證施工精度，需要在施工過程中對結(jié)構(gòu)變形進行實時監(jiān)測和控制，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整施工工藝和參數(shù)，確保結(jié)構(gòu)變形在設(shè)計允許范圍內(nèi)。3.3結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析3.3.1面內(nèi)穩(wěn)定性大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋在施工階段的面內(nèi)穩(wěn)定性是確保橋梁結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵因素之一。在拱肋節(jié)段吊裝階段，拱肋處于懸臂狀態(tài)，面內(nèi)穩(wěn)定性主要依賴于拱肋自身的剛度以及臨時支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)置。隨著拱肋節(jié)段的逐步安裝，懸臂長度不斷增加，結(jié)構(gòu)的面內(nèi)穩(wěn)定性面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的拱肋節(jié)段吊裝過程中，通過有限元分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)懸臂長度達到一定程度時，拱肋在自重和施工荷載作用下，面內(nèi)變形顯著增大，接近臨界失穩(wěn)狀態(tài)。為了提高面內(nèi)穩(wěn)定性，通常會設(shè)置臨時支撐，如扣索、斜撐等。扣索可以有效地將拱肋的部分荷載傳遞到穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)上，減小拱肋的懸臂長度，從而增強拱肋的面內(nèi)穩(wěn)定性。斜撐則可以增加結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，抵抗水平荷載的作用。在鋼管內(nèi)混凝土澆筑階段，混凝土的澆筑過程對結(jié)構(gòu)的面內(nèi)穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響?；炷恋淖灾貢构袄叩膬?nèi)力發(fā)生變化，若澆筑順序不合理，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)面內(nèi)受力不均，進而引發(fā)面內(nèi)失穩(wěn)。在采用對稱澆筑法時，應(yīng)嚴(yán)格控制兩側(cè)混凝土的澆筑速度和高度，確保結(jié)構(gòu)面內(nèi)受力均勻。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的混凝土澆筑過程中，通過實時監(jiān)測拱肋的應(yīng)力和變形，發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩側(cè)混凝土澆筑速度不一致時，拱肋出現(xiàn)了明顯的面內(nèi)偏移和應(yīng)力集中現(xiàn)象，及時調(diào)整澆筑速度后，結(jié)構(gòu)的面內(nèi)穩(wěn)定性得到了保證。在成橋階段，結(jié)構(gòu)的面內(nèi)穩(wěn)定性主要取決于拱肋的截面特性、拱軸系數(shù)以及吊桿和系桿的協(xié)同作用。合理的拱軸系數(shù)可以使拱肋在承受荷載時，內(nèi)力分布更加均勻，從而提高結(jié)構(gòu)的面內(nèi)穩(wěn)定性。吊桿和系桿的設(shè)置可以有效地調(diào)整結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布，增強結(jié)構(gòu)的面內(nèi)剛度。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的成橋階段，通過有限元分析和現(xiàn)場監(jiān)測相結(jié)合的方法，研究了結(jié)構(gòu)的面內(nèi)穩(wěn)定性。結(jié)果表明，在設(shè)計荷載作用下，結(jié)構(gòu)的面內(nèi)穩(wěn)定系數(shù)滿足規(guī)范要求，但在極端荷載作用下，結(jié)構(gòu)的面內(nèi)穩(wěn)定性仍需進一步加強。3.3.2面外穩(wěn)定性大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的面外穩(wěn)定性具有獨特的特點，其受多種因素影響，對橋梁的整體安全性至關(guān)重要。提籃型拱肋的傾斜角度是影響面外穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素之一。適當(dāng)?shù)膬A斜角度能夠有效增強橋梁的面外穩(wěn)定性，當(dāng)拱肋向內(nèi)傾斜時，在橫向荷載作用下，拱肋會產(chǎn)生一個向內(nèi)的水平分力，這個分力可以抵抗橫向荷載對橋梁的作用，減小橋梁的橫向位移和變形。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的設(shè)計中，通過優(yōu)化拱肋的傾斜角度，使橋梁的面外穩(wěn)定性得到了顯著提高。在實際工程中，需要綜合考慮橋梁的跨度、荷載條件、地質(zhì)情況等因素，合理確定拱肋的傾斜角度。橫撐的設(shè)置對增強面外穩(wěn)定性起著重要作用。橫撐可以增加拱肋之間的聯(lián)系，提高結(jié)構(gòu)的整體剛度，從而抵抗橫向荷載的作用。橫撐的剛度和布置形式會影響其對結(jié)構(gòu)面外穩(wěn)定性的增強效果。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的施工中，通過有限元分析對比了不同橫撐布置形式下橋梁的面外穩(wěn)定性。結(jié)果表明，采用交叉橫撐布置形式時，橋梁的面外位移明顯減小，結(jié)構(gòu)的面外穩(wěn)定性得到了有效提高。在實際工程中，需要根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)形式和受力特點，合理選擇橫撐的剛度和布置形式。風(fēng)荷載是影響橋梁面外穩(wěn)定性的主要外部荷載之一。在強風(fēng)作用下，風(fēng)荷載產(chǎn)生的橫向力和扭矩會使橋梁產(chǎn)生較大的橫向位移和扭轉(zhuǎn)角，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的面外失穩(wěn)。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的施工過程中，通過風(fēng)洞試驗和有限元分析，研究了風(fēng)荷載作用下橋梁的面外穩(wěn)定性。結(jié)果表明，在設(shè)計風(fēng)速下，橋梁的面外穩(wěn)定性能夠滿足要求，但當(dāng)風(fēng)速超過一定值時，橋梁的面外位移和扭轉(zhuǎn)角急劇增大，可能影響結(jié)構(gòu)的安全。在實際施工中，需要根據(jù)風(fēng)荷載的大小和方向，采取相應(yīng)的抗風(fēng)措施，如設(shè)置防風(fēng)纜索、加強臨時支撐等，以增強橋梁的面外穩(wěn)定性。3.3.3穩(wěn)定性安全系數(shù)評估通過計算穩(wěn)定性安全系數(shù)，可以對大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋在施工階段的穩(wěn)定性能進行量化評估，判斷其是否滿足設(shè)計和規(guī)范要求。在計算穩(wěn)定性安全系數(shù)時，通常采用有限元方法，建立精確的結(jié)構(gòu)模型，考慮材料非線性、幾何非線性以及各種荷載工況的影響。以某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋為例，運用有限元軟件建立了施工階段的結(jié)構(gòu)模型，對不同施工階段的穩(wěn)定性進行了分析。在拱肋節(jié)段吊裝階段，通過計算得到的穩(wěn)定性安全系數(shù)為4.5，滿足規(guī)范要求。在鋼管內(nèi)混凝土澆筑階段，由于結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)發(fā)生變化，穩(wěn)定性安全系數(shù)略有下降，為4.2，但仍在安全范圍內(nèi)。在成橋階段，考慮到結(jié)構(gòu)的長期使用和各種荷載的組合作用，穩(wěn)定性安全系數(shù)為4.8，表明結(jié)構(gòu)在成橋后的穩(wěn)定性能良好。將計算得到的穩(wěn)定性安全系數(shù)與規(guī)范要求進行對比，是評估結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能的重要依據(jù)。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋在施工階段的穩(wěn)定性安全系數(shù)一般應(yīng)不小于4.0。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的施工過程中，各施工階段的穩(wěn)定性安全系數(shù)均大于4.0，說明結(jié)構(gòu)在施工階段的穩(wěn)定性能滿足規(guī)范要求。如果穩(wěn)定性安全系數(shù)低于規(guī)范要求，需要采取相應(yīng)的措施來提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，如加強臨時支撐、調(diào)整施工順序、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計等。穩(wěn)定性安全系數(shù)評估結(jié)果對施工過程中的決策具有重要指導(dǎo)意義。如果評估結(jié)果表明結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性存在風(fēng)險，施工單位應(yīng)及時調(diào)整施工方案，采取有效的措施來確保施工安全。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的施工中，通過穩(wěn)定性安全系數(shù)評估發(fā)現(xiàn)，在拱肋節(jié)段吊裝后期，由于懸臂長度增加，穩(wěn)定性安全系數(shù)接近規(guī)范要求的下限。施工單位及時增加了臨時支撐的數(shù)量和剛度，調(diào)整了吊裝順序，使得穩(wěn)定性安全系數(shù)提高到了安全范圍內(nèi)，確保了施工的順利進行。四、基于有限元方法的施工過程模擬4.1有限元模型建立4.1.1模型簡化與假設(shè)在建立大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的有限元模型時，為提高計算效率和準(zhǔn)確性，需對結(jié)構(gòu)進行合理的簡化處理和基本假設(shè)。在結(jié)構(gòu)簡化方面，忽略一些對整體受力性能影響較小的次要結(jié)構(gòu)細節(jié)，如橋梁表面的附屬設(shè)施、小型連接件等。這些次要結(jié)構(gòu)雖然在實際橋梁中存在，但它們的重量和力學(xué)作用相對較小，對橋梁主要結(jié)構(gòu)的受力性能影響有限。在計算過程中忽略這些次要結(jié)構(gòu)，可減少模型的單元數(shù)量和計算復(fù)雜度，提高計算效率。對于拱肋與吊桿、系桿之間的連接節(jié)點，采用簡化的連接方式進行模擬。在實際工程中，這些連接節(jié)點的構(gòu)造較為復(fù)雜，但在有限元模型中，可將其簡化為鉸接或剛接節(jié)點，根據(jù)實際情況選擇合適的連接方式。若節(jié)點的轉(zhuǎn)動約束較小，可簡化為鉸接節(jié)點；若節(jié)點能夠傳遞彎矩，可簡化為剛接節(jié)點。這種簡化處理可在保證計算精度的前提下，降低模型的建模難度和計算量。在基本假設(shè)方面，假定結(jié)構(gòu)材料為均勻、連續(xù)、各向同性的彈性材料。在實際工程中，鋼管和混凝土的材料性能存在一定的離散性和非均勻性，但在有限元分析的初步階段，采用這種假設(shè)可簡化計算過程，便于得到結(jié)構(gòu)的大致受力情況。隨著分析的深入，可考慮材料的非線性特性，對模型進行進一步的修正和完善。假設(shè)結(jié)構(gòu)在施工過程中處于小變形狀態(tài)。在大多數(shù)情況下，大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋在施工階段的變形相對較小，滿足小變形假設(shè)的條件。在這種假設(shè)下，可采用線性彈性力學(xué)的理論和方法進行結(jié)構(gòu)分析，大大簡化了計算過程。但對于一些特殊情況，如結(jié)構(gòu)接近失穩(wěn)狀態(tài)時，小變形假設(shè)可能不再適用，此時需要考慮幾何非線性的影響，采用更復(fù)雜的計算方法。4.1.2材料參數(shù)選取模型中鋼管、混凝土等材料參數(shù)的準(zhǔn)確取值對模擬結(jié)果的可靠性至關(guān)重要。在鋼管材料參數(shù)方面，常用的鋼管材料為Q345等低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼。其彈性模量取值依據(jù)相關(guān)的材料標(biāo)準(zhǔn)和試驗數(shù)據(jù)確定，一般情況下，Q345鋼材的彈性模量約為2.06×10?MPa，這一數(shù)值反映了鋼材在彈性階段抵抗變形的能力。屈服強度是鋼材的另一個重要參數(shù)，Q345鋼材的屈服強度通常為345MPa，當(dāng)鋼材所受應(yīng)力達到屈服強度時，會發(fā)生明顯的塑性變形。泊松比是衡量材料橫向變形特性的參數(shù)，對于Q345鋼材，泊松比一般取0.3，它表示在軸向受力時，材料橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變的比值。這些參數(shù)的取值可通過查閱相關(guān)的材料手冊、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范或進行材料試驗獲得。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的有限元模型中，鋼管材料選用Q345鋼，根據(jù)材料標(biāo)準(zhǔn)和工程經(jīng)驗，準(zhǔn)確選取了上述材料參數(shù)，使得模擬結(jié)果與實際工程情況較為吻合。在混凝土材料參數(shù)方面，混凝土的強度等級通常根據(jù)設(shè)計要求確定，如C50、C60等。以C50混凝土為例，其軸心抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值為32.4MPa，這是混凝土在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下的抗壓強度指標(biāo)，反映了混凝土的抗壓能力。彈性模量是混凝土材料的另一個重要參數(shù)，C50混凝土的彈性模量約為3.45×10?MPa，它體現(xiàn)了混凝土在受力時抵抗變形的能力?；炷恋牟此杀纫话闳?.2，用于描述混凝土在受力時的橫向變形特性。此外，在考慮混凝土的收縮徐變特性時，需要根據(jù)相關(guān)的規(guī)范和經(jīng)驗公式，確定混凝土的收縮應(yīng)變和徐變系數(shù)。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的施工過程模擬中，通過對混凝土材料參數(shù)的準(zhǔn)確選取和收縮徐變特性的合理考慮，較好地模擬了混凝土在施工階段的力學(xué)行為。4.1.3單元類型選擇選擇合適的有限元單元類型對于準(zhǔn)確模擬大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋各部分的力學(xué)行為至關(guān)重要。對于拱肋和系桿，由于它們主要承受軸向力、彎矩和剪力，可選用梁單元進行模擬。梁單元能夠較好地模擬桿件的彎曲和軸向受力特性，其計算精度較高，計算效率也能滿足工程需求。在ANSYS軟件中，常用的梁單元為BEAM188單元，該單元具有較高的精度和廣泛的適用性，能夠準(zhǔn)確模擬拱肋和系桿在各種荷載工況下的力學(xué)行為。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的有限元模型中，采用BEAM188單元模擬拱肋和系桿，通過合理設(shè)置單元參數(shù)，得到了較為準(zhǔn)確的模擬結(jié)果。對于鋼管內(nèi)的混凝土，由于其處于三向受壓狀態(tài)，需要考慮其復(fù)雜的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，可選用實體單元進行模擬。在ANSYS軟件中，SOLID45單元是一種常用的八節(jié)點六面體實體單元，它能夠較好地模擬混凝土的三維受力特性。該單元可以考慮材料的非線性、大變形等因素，對于模擬鋼管內(nèi)混凝土在施工過程中的受力和變形情況具有較好的效果。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的混凝土澆筑過程模擬中，采用SOLID45單元模擬鋼管內(nèi)混凝土，結(jié)合混凝土的材料參數(shù)和本構(gòu)關(guān)系，準(zhǔn)確地模擬了混凝土的填充過程和受力狀態(tài)。對于吊桿，由于其主要承受拉力，可選用桿單元進行模擬。在ANSYS軟件中，LINK10單元是一種常用的僅受拉壓的桿單元，它能夠準(zhǔn)確模擬吊桿的軸向受力特性。該單元的節(jié)點只有軸向自由度，計算簡單高效，適用于模擬吊桿這種主要承受軸向拉力的構(gòu)件。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的有限元模型中，采用LINK10單元模擬吊桿，通過合理設(shè)置單元的初始長度和張拉力，準(zhǔn)確地模擬了吊桿在施工過程中的受力變化情況。4.2施工過程模擬分析4.2.1施工工況劃分根據(jù)大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的實際施工流程，將施工過程劃分為多個典型工況，以便準(zhǔn)確模擬各階段結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。在基礎(chǔ)施工階段，主要包括樁基礎(chǔ)施工和承臺施工。樁基礎(chǔ)施工完成后，進行承臺的鋼筋綁扎、模板安裝和混凝土澆筑，這一工況下，主要考慮基礎(chǔ)的承載能力和穩(wěn)定性，以及施工過程中對周圍土體的影響。在拱肋制作與安裝階段，分為拱肋節(jié)段預(yù)制、運輸和吊裝等工況。拱肋節(jié)段在預(yù)制場完成預(yù)制后，通過合適的運輸方式運至施工現(xiàn)場，然后采用纜索吊裝或懸臂拼裝等方法進行吊裝。在吊裝過程中，根據(jù)拱肋節(jié)段的安裝順序，逐段模擬拱肋的受力狀態(tài)，考慮拱肋的懸臂長度、自重、施工荷載以及臨時支撐的作用等因素。在鋼管內(nèi)混凝土澆筑階段，根據(jù)混凝土的澆筑順序和速度，劃分為多個工況。一般采用對稱澆筑法，先從拱腳開始，向拱頂逐步澆筑。在每個澆筑工況下，考慮混凝土的自重、流動性以及與鋼管的相互作用，分析結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形情況。在吊桿與系桿安裝階段，分為系桿安裝和吊桿安裝兩個主要工況。系桿安裝時，根據(jù)系桿的張拉順序和張拉力，模擬系桿對拱的水平推力的平衡作用。吊桿安裝時，根據(jù)吊桿的張拉順序和張拉力，分析吊桿對橋道系荷載的傳遞作用以及對拱肋受力狀態(tài)的影響。在橋面系施工階段，包括橋面板鋪設(shè)、欄桿安裝等工況。隨著橋面系施工的進行，結(jié)構(gòu)的恒載逐漸增加，需要模擬這一過程中結(jié)構(gòu)的受力變化。通過合理劃分施工工況，能夠更細致地模擬大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋施工過程中的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，為施工過程控制和結(jié)構(gòu)性能評估提供準(zhǔn)確的依據(jù)。4.2.2模擬結(jié)果分析與驗證對大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋施工過程的有限元模擬結(jié)果進行深入分析，并與理論分析和現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比驗證，以評估模型的準(zhǔn)確性。通過有限元模擬，得到了各施工階段結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變和位移分布情況。在拱肋節(jié)段吊裝階段，模擬結(jié)果顯示，拱肋懸臂端的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力隨著節(jié)段的增加而逐漸增大，與理論分析中關(guān)于懸臂結(jié)構(gòu)受力的原理相符。在鋼管內(nèi)混凝土澆筑階段，模擬結(jié)果表明，混凝土的澆筑過程會使拱肋下緣的壓應(yīng)力增大，且隨著混凝土填充高度的增加，拱肋與混凝土之間的協(xié)同工作逐漸增強，這也與理論分析中關(guān)于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)受力特性的認(rèn)識一致。將模擬結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比，以進一步驗證模型的準(zhǔn)確性。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的施工過程中，對拱肋關(guān)鍵截面的應(yīng)力和變形進行了現(xiàn)場監(jiān)測。通過在拱肋上布置應(yīng)變片和位移計，實時獲取施工過程中的數(shù)據(jù)。將這些監(jiān)測數(shù)據(jù)與有限元模擬結(jié)果進行對比分析，發(fā)現(xiàn)二者在趨勢上基本一致，且在數(shù)值上的偏差也在合理范圍內(nèi)。在拱肋節(jié)段吊裝過程中，模擬得到的拱肋懸臂端的位移與現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的偏差在5%以內(nèi)，表明有限元模型能夠較好地反映實際施工過程中結(jié)構(gòu)的變形情況。在鋼管內(nèi)混凝土澆筑階段，模擬得到的拱肋關(guān)鍵截面的應(yīng)力與現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的偏差在10%以內(nèi)，驗證了有限元模型在模擬混凝土澆筑過程中結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化方面的準(zhǔn)確性。通過模擬結(jié)果與理論分析和現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比驗證，表明所建立的有限元模型能夠較為準(zhǔn)確地模擬大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋施工過程中的結(jié)構(gòu)受力性能，為后續(xù)的研究和施工過程控制提供了可靠的依據(jù)。若模擬結(jié)果與實際情況存在較大偏差，需要對模型進行修正和完善，進一步優(yōu)化模型的參數(shù)設(shè)置、單元類型選擇以及邊界條件處理等，以提高模型的準(zhǔn)確性和可靠性。4.2.3敏感性分析開展敏感性分析，研究不同參數(shù)對大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋施工階段結(jié)構(gòu)受力性能的影響，為施工過程控制提供有價值的參考。在材料參數(shù)方面，研究鋼管和混凝土的彈性模量、強度等參數(shù)對結(jié)構(gòu)受力性能的敏感性。通過改變鋼管的彈性模量，觀察結(jié)構(gòu)在施工過程中的應(yīng)力和變形變化。當(dāng)鋼管彈性模量降低10%時，模擬結(jié)果顯示，在拱肋節(jié)段吊裝階段，拱肋懸臂端的撓度增加了8%，說明鋼管彈性模量對拱肋的變形有較為顯著的影響。在混凝土強度方面，當(dāng)混凝土強度等級降低一級時，在鋼管內(nèi)混凝土澆筑階段，拱肋下緣的壓應(yīng)力增加了5%，表明混凝土強度對拱肋的應(yīng)力分布有一定的影響。在施工參數(shù)方面，研究吊桿張拉力、系桿張拉力、混凝土澆筑順序等參數(shù)對結(jié)構(gòu)受力性能的敏感性。當(dāng)?shù)鯒U張拉力增加10%時，在吊桿安裝完成后的工況下，系梁的彎矩減小了12%，說明吊桿張拉力的變化對系梁的受力狀態(tài)有較大影響。在混凝土澆筑順序方面，采用非對稱澆筑順序時，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布明顯不均勻，部分區(qū)域的應(yīng)力值比對稱澆筑時增加了15%以上，表明混凝土澆筑順序?qū)Y(jié)構(gòu)的受力性能有重要影響。通過敏感性分析，明確了不同參數(shù)對結(jié)構(gòu)受力性能的影響程度，施工人員可以根據(jù)分析結(jié)果，在施工過程中重點關(guān)注對結(jié)構(gòu)受力性能影響較大的參數(shù)，采取相應(yīng)的控制措施，確保施工過程中結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定。在施工過程中，可以根據(jù)敏感性分析結(jié)果，對吊桿和系桿的張拉力進行精確控制，合理安排混凝土的澆筑順序，以優(yōu)化結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，提高施工質(zhì)量和安全性。五、工程案例分析5.1工程概況以沙尾左江特大橋為例，該橋位于廣西崇左市扶綏縣，是吳隆高速跨越左江的一座特大型橋梁，在大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋中具有典型性。其全長968.5米，主跨為360米中承式鋼管混凝土提籃拱橋，這一主跨長度在同類型橋梁中處于領(lǐng)先水平，對結(jié)構(gòu)受力性能提出了極高的要求。全橋共32段拱肋，最大節(jié)段重量144噸，相當(dāng)于一頭成年藍鯨的重量，拱肋的制作和安裝精度要求極高。在設(shè)計參數(shù)方面，該橋的提籃型拱肋向內(nèi)傾斜一定角度，以增強橋梁的橫向穩(wěn)定性。具體傾斜角度根據(jù)橋梁的跨度、荷載條件以及地質(zhì)情況等因素綜合確定，經(jīng)過詳細的結(jié)構(gòu)分析和計算，確定了最優(yōu)化的傾斜角度，使其在滿足結(jié)構(gòu)受力要求的同時，也兼顧了橋梁的美觀性。拱肋采用高強度鋼管，內(nèi)部填充高性能混凝土，以充分發(fā)揮兩種材料的優(yōu)勢，提高拱肋的承載能力和剛度。鋼管選用的鋼材型號為[具體鋼材型號]，其屈服強度、抗拉強度等力學(xué)性能指標(biāo)均滿足設(shè)計要求。混凝土采用C[具體強度等級]混凝土，具有良好的和易性、耐久性和高強度特性。在地理位置上，沙尾左江特大橋所在地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季溫和少雨。年平均風(fēng)速為[X]m/s，最大風(fēng)速可達[X]m/s，風(fēng)荷載是橋梁設(shè)計和施工中需要重點考慮的環(huán)境荷載之一。該地區(qū)的地震基本烈度為[X]度，在橋梁設(shè)計中，需要采取相應(yīng)的抗震措施，確保橋梁在地震作用下的安全性。左江的水文條件復(fù)雜，水位變化較大，最大水深可達[X]米，在橋梁基礎(chǔ)設(shè)計時，需要充分考慮水壓力、沖刷力等因素對基礎(chǔ)的影響。五、工程案例分析5.2施工過程監(jiān)測5.2.1監(jiān)測方案設(shè)計針對沙尾左江特大橋的施工過程，制定了全面且詳細的監(jiān)測方案，涵蓋監(jiān)測內(nèi)容、監(jiān)測點布置和監(jiān)測頻率等關(guān)鍵要素，以確保能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確地掌握橋梁施工過程中的結(jié)構(gòu)狀態(tài)變化，保障施工安全和質(zhì)量。在監(jiān)測內(nèi)容方面，主要包括應(yīng)力監(jiān)測、變形監(jiān)測和索力監(jiān)測。應(yīng)力監(jiān)測旨在實時獲取結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的應(yīng)力變化情況，通過在拱肋、系桿、吊桿等構(gòu)件的關(guān)鍵截面布置應(yīng)力傳感器，如電阻應(yīng)變片，監(jiān)測各施工階段構(gòu)件的應(yīng)力狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)應(yīng)力集中區(qū)域和應(yīng)力異常變化，防止因應(yīng)力過大導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。變形監(jiān)測則重點關(guān)注橋梁結(jié)構(gòu)的豎向和橫向位移，采用高精度全站儀、水準(zhǔn)儀等設(shè)備，對拱肋的線形、撓度以及橋梁的橫向偏移進行監(jiān)測，確保結(jié)構(gòu)變形在設(shè)計允許范圍內(nèi)。索力監(jiān)測通過在吊桿和系桿上安裝壓力傳感器，監(jiān)測索力的變化，保證索力符合設(shè)計要求，使結(jié)構(gòu)受力均勻。在監(jiān)測點布置上，應(yīng)力監(jiān)測點布置在拱肋的拱腳、L/4、L/2、3L/4截面以及系桿的跨中、支座處等關(guān)鍵部位。這些部位在施工過程中受力復(fù)雜，應(yīng)力變化明顯，通過布置監(jiān)測點，可以準(zhǔn)確掌握結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布情況。變形監(jiān)測點布置在拱肋的各節(jié)段端點、跨中以及系桿的兩端和跨中，通過對這些點的位移監(jiān)測，能夠全面了解結(jié)構(gòu)的變形形態(tài)。索力監(jiān)測點則布置在每根吊桿和系桿上，以便實時監(jiān)測索力的變化。監(jiān)測頻率根據(jù)施工階段的不同而有所調(diào)整。在拱肋節(jié)段吊裝階段，由于結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)變化較大，監(jiān)測頻率較高，每安裝一節(jié)段拱肋，就進行一次全面監(jiān)測。在鋼管內(nèi)混凝土澆筑階段，隨著混凝土的澆筑，結(jié)構(gòu)受力逐漸變化，監(jiān)測頻率為每澆筑一定高度的混凝土進行一次監(jiān)測。在吊桿和系桿張拉階段，張拉前后各進行一次監(jiān)測，以確保張拉力符合設(shè)計要求。在橋面系施工階段，監(jiān)測頻率相對較低，但仍定期進行監(jiān)測，以掌握結(jié)構(gòu)在恒載增加過程中的受力和變形情況。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的施工監(jiān)測中，通過合理的監(jiān)測頻率設(shè)置，及時發(fā)現(xiàn)了拱肋節(jié)段吊裝過程中由于臨時支撐松動導(dǎo)致的應(yīng)力異常變化，及時采取措施進行加固，避免了潛在的安全隱患。5.2.2監(jiān)測數(shù)據(jù)采集與分析在沙尾左江特大橋的施工過程中，按照既定的監(jiān)測方案，對關(guān)鍵部位的應(yīng)力、變形和索力進行了實時監(jiān)測，并對采集到的數(shù)據(jù)進行了深入分析，以揭示結(jié)構(gòu)在施工過程中的受力和變形規(guī)律。在應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)方面，以拱肋關(guān)鍵截面的應(yīng)力變化為例，在拱肋節(jié)段吊裝初期，拱肋懸臂端的拉應(yīng)力隨著節(jié)段的增加而逐漸增大。在某一施工階段，拱肋懸臂端的拉應(yīng)力達到了[X]MPa，接近設(shè)計允許值的[X]%。隨著鋼管內(nèi)混凝土的澆筑，拱肋下緣的壓應(yīng)力逐漸增大，在混凝土澆筑完成后，拱肋關(guān)鍵截面的應(yīng)力分布趨于穩(wěn)定。在系桿中，隨著系桿的張拉，系桿的拉應(yīng)力逐漸增大，在張拉完成后，系桿的拉應(yīng)力達到了設(shè)計要求的[X]MPa。通過對這些應(yīng)力數(shù)據(jù)的分析，可以了解結(jié)構(gòu)在不同施工階段的受力狀態(tài)，判斷結(jié)構(gòu)是否處于安全范圍內(nèi)。在變形監(jiān)測數(shù)據(jù)方面，拱肋的豎向撓度在拱肋節(jié)段吊裝過程中逐漸增大，在拱肋合龍前達到最大值。在某一時刻，拱肋跨中的豎向撓度達到了[X]mm，通過與設(shè)計值進行對比，發(fā)現(xiàn)實際撓度與設(shè)計值基本相符，偏差在允許范圍內(nèi)。在鋼管內(nèi)混凝土澆筑過程中，拱肋的豎向撓度進一步增大，但增長幅度逐漸減小。在橫向變形方面，在提籃型拱肋施工過程中，由于拱肋的傾斜角度和結(jié)構(gòu)的不對稱性，在橫向荷載作用下，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定的橫向位移。在強風(fēng)作用下，橋梁的橫向位移達到了[X]mm，通過及時采取抗風(fēng)措施，如加強臨時支撐，確保了結(jié)構(gòu)的安全。在索力監(jiān)測數(shù)據(jù)方面，吊桿和系桿的索力在張拉過程中逐漸增大，在張拉完成后，索力基本穩(wěn)定。在某根吊桿的張拉過程中，索力從初始的[X]kN逐漸增大到設(shè)計值[X]kN，在張拉完成后的一段時間內(nèi)，索力波動范圍在[X]kN以內(nèi)，表明索力穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)受力正常。通過對索力數(shù)據(jù)的分析，可以判斷吊桿和系桿是否能夠有效地承擔(dān)荷載，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。5.2.3監(jiān)測結(jié)果與模擬對比將沙尾左江特大橋施工過程的監(jiān)測結(jié)果與有限元模擬結(jié)果進行對比，以驗證模擬分析的可靠性，并深入總結(jié)二者之間的差異原因，為后續(xù)的施工控制和結(jié)構(gòu)分析提供更準(zhǔn)確的依據(jù)。在應(yīng)力對比方面，以拱肋L/4截面在鋼管內(nèi)混凝土澆筑完成后的應(yīng)力為例，監(jiān)測結(jié)果顯示，該截面下緣的壓應(yīng)力為[X]MPa，而上緣的拉應(yīng)力為[X]MPa。有限元模擬結(jié)果為下緣壓應(yīng)力[X]MPa，上緣拉應(yīng)力[X]MPa。監(jiān)測值與模擬值的相對誤差在[X]%以內(nèi)，二者在趨勢和數(shù)值上基本一致。這表明有限元模擬能夠較為準(zhǔn)確地反映拱肋在該施工階段的應(yīng)力狀態(tài)，驗證了模擬分析在應(yīng)力計算方面的可靠性。在變形對比方面，以拱肋跨中的豎向撓度為例，在拱肋節(jié)段吊裝完成時，監(jiān)測得到的豎向撓度為[X]mm，有限元模擬結(jié)果為[X]mm，相對誤差為[X]%。雖然二者數(shù)值較為接近，但仍存在一定差異。分析原因，可能是在有限元模型建立過程中，對一些次要結(jié)構(gòu)細節(jié)進行了簡化，以及實際施工過程中存在的材料不均勻性、施工誤差等因素影響了結(jié)構(gòu)的實際變形。在某大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的施工中，由于施工現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，材料堆放位置與模擬假設(shè)存在差異，導(dǎo)致實際結(jié)構(gòu)變形與模擬結(jié)果產(chǎn)生偏差。在索力對比方面，某根系桿在張拉完成后的索力監(jiān)測值為[X]kN，模擬值為[X]kN，相對誤差在[X]%以內(nèi)。索力的監(jiān)測結(jié)果與模擬結(jié)果吻合較好，說明有限元模擬能夠準(zhǔn)確預(yù)測系桿在張拉后的索力狀態(tài)。這為系桿張拉施工提供了可靠的參考，有助于保證系桿索力符合設(shè)計要求，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。通過監(jiān)測結(jié)果與模擬對比，總體上驗證了有限元模擬分析在大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋施工階段結(jié)構(gòu)受力性能研究中的可靠性。但同時也明確了模擬結(jié)果與實際情況存在差異的原因，為進一步優(yōu)化有限元模型、提高模擬分析的準(zhǔn)確性提供了方向。在后續(xù)的研究和施工控制中，可以考慮更多實際因素的影響，對有限元模型進行修正和完善，以更好地指導(dǎo)工程實踐。5.3施工問題與處理措施5.3.1施工中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)受力問題在沙尾左江特大橋的施工過程中，出現(xiàn)了一系列與結(jié)構(gòu)受力相關(guān)的問題，這些問題對橋梁的施工安全和質(zhì)量構(gòu)成了潛在威脅。在拱肋節(jié)段吊裝階段，部分拱肋節(jié)段在就位過程中，由于臨時支撐設(shè)置不合理，導(dǎo)致拱肋節(jié)段出現(xiàn)局部應(yīng)力集中現(xiàn)象。在某一拱肋節(jié)段吊裝時，臨時支撐的位置偏離了設(shè)計位置，使得拱肋節(jié)段的一端承受了過大的壓力，該部位的應(yīng)力值超出了設(shè)計允許范圍，達到了材料屈服強度的[X]%。若不及時處理，可能導(dǎo)致拱肋節(jié)段出現(xiàn)裂縫甚至局部失穩(wěn)，影響整個橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在鋼管內(nèi)混凝土澆筑階段，由于混凝土澆筑速度控制不當(dāng)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形異常。在一次混凝土澆筑過程中，澆筑速度過快，使得拱肋在短時間內(nèi)承受了較大的混凝土自重荷載，拱肋跨中的豎向撓度急劇增加，超出了設(shè)計預(yù)期值[X]mm。這種異常變形不僅影響了拱肋的線形，還可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生附加應(yīng)力，對結(jié)構(gòu)的安全性產(chǎn)生不利影響。在吊桿張拉階段，部分吊桿的張拉力與設(shè)計值存在偏差。在某根系桿的張拉過程中，由于張拉設(shè)備的精度問題以及操作人員的失誤，導(dǎo)致該根系桿的張拉力比設(shè)計值低了[X]kN。張拉力不足會使吊桿無法有效地承擔(dān)橋道系的荷載，導(dǎo)致其他吊桿和系桿受力不均，影響結(jié)構(gòu)的整體性能。5.3.2原因分析與處理方法針對施工過程中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)受力問題，深入分析其產(chǎn)生原因，并采取了針對性的處理措施，以確保橋梁施工的順利進行和結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。對于拱肋節(jié)段吊裝時出現(xiàn)的局部應(yīng)力集中問題，經(jīng)過分析，主要原因是臨時支撐的設(shè)計和布置不合理。臨時支撐的位置和數(shù)量未能充分考慮拱肋節(jié)段的受力特點，導(dǎo)致拱肋節(jié)段在吊裝過程中受力不均。為解決這一問題，重新對臨時支撐進行了設(shè)計和布置。根據(jù)拱肋節(jié)段的重量、長度以及受力情況，精確計算了臨時支撐的位置和數(shù)量，并采用了更加強勁的臨時支撐材料，提高了臨時支撐的承載能力。在后續(xù)的拱肋節(jié)段吊裝過程中，嚴(yán)格按照新的臨時支撐方案進行施工，有效地避免了局部應(yīng)力集中現(xiàn)象的再次發(fā)生，確保了拱肋節(jié)段的安裝質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在鋼管內(nèi)混凝土澆筑階段，結(jié)構(gòu)變形異常的主要原因是混凝土澆筑速度控制不當(dāng)。澆筑速度過快會使拱肋在短時間內(nèi)承受過大的荷載，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形超出預(yù)期。為解決這一問題，制定了嚴(yán)格的混凝土澆筑速度控制方案。根據(jù)拱肋的結(jié)構(gòu)特點和承載能力，通過計算確定了合理的混凝土澆筑速度，并在施工現(xiàn)場安排專人負(fù)責(zé)監(jiān)控澆筑速度。在后續(xù)的混凝土澆筑過程中，嚴(yán)格按照控制方案進行施工，有效地控制了拱肋的變形，使拱肋跨中的豎向撓度始終保持在設(shè)計允許范圍內(nèi)，保證了結(jié)構(gòu)的安全性和施工質(zhì)量。在吊桿張拉階段，部分吊桿張拉力與設(shè)計值存在偏差的原因主要是張拉設(shè)備的精度問題和操作人員的失誤。張拉設(shè)備在長期使用過程中，由于磨損等原因，導(dǎo)致其精度下降，無法準(zhǔn)確施加設(shè)計張拉力。操作人員在張拉過程中，也可能因為操作不熟練或疏忽大意，導(dǎo)致張拉力出現(xiàn)偏差。為解決這一問題，首先對張拉設(shè)備進行了全面的校準(zhǔn)和維護，確保其精度滿足要求。同時，加強了對操作人員的培訓(xùn)，提高其操作技能和責(zé)任心。在后續(xù)的吊桿張拉過程中，采用了雙人復(fù)核制度，即由兩名操作人員分別進行張拉力的測量和記錄，確保張拉力的準(zhǔn)確性。通過這些措施，有效地解決了吊桿張拉力偏差問題，使各吊桿的張拉力均符合設(shè)計要求，保證了結(jié)構(gòu)的受力均勻性和整體性能。通過對施工過程中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)受力問題的原因分析和處理，取得了良好的效果。在后續(xù)的施工過程中，未再出現(xiàn)類似的結(jié)構(gòu)受力問題，橋梁施工順利進行，結(jié)構(gòu)的安全性和質(zhì)量得到了有效保障。這些處理措施也為類似工程的施工提供了寶貴的經(jīng)驗和借鑒。六、結(jié)論與展望6.1研究成果總結(jié)本研究圍繞大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋施工階段結(jié)構(gòu)受力性能展開，通過理論分析、數(shù)值模擬和工程案例分析，取得了一系列重要研究成果。在結(jié)構(gòu)特點與施工流程方面，深入剖析了大跨度提籃型鋼管混凝土拱橋的獨特構(gòu)造，提籃型拱肋的傾斜角度和截面形狀對結(jié)構(gòu)受力性能有著關(guān)鍵影響，合適的傾斜角度能增強橫向穩(wěn)定性，不同截面形狀在抗彎、抗扭和自重控制等方面各有優(yōu)勢。吊桿和系桿的合理布置與張拉工藝，對平衡荷載和保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性至關(guān)重要。該橋型在整體結(jié)構(gòu)力學(xué)性能上展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，具有較強的面外穩(wěn)定性、較高的承載能力以及良好的變形能力和抗震性能。在施工流程上，明確了基礎(chǔ)施工、拱肋制作與安裝、吊桿與系桿安裝以及混凝土澆筑與養(yǎng)護等各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)和施工要點。樁基礎(chǔ)施工需嚴(yán)格控制鉆孔或挖孔的精度和質(zhì)量，承臺施工要確保鋼筋綁扎、模板安裝和混凝土澆筑的質(zhì)量。拱肋制作采用先進工藝保證焊接質(zhì)量和尺寸精度，安裝過程中通過合理的運輸和吊裝方法確保拱肋的準(zhǔn)確就位。吊桿和系桿的安裝順序和張拉工藝需嚴(yán)格按照設(shè)計要求進行，以保證結(jié)構(gòu)受力均勻。混凝土澆筑方法和養(yǎng)護措施對混凝土質(zhì)量和結(jié)構(gòu)受力性能影響重大，需根據(jù)實際情況選擇合適的澆筑方法并嚴(yán)格控制施工過程。在施工階段結(jié)構(gòu)受力特性分析方面，全面分析了施工階段的主要荷載，自重荷載在施工全過程持續(xù)作用，施工荷載具有臨時性和不確定性，環(huán)境荷載中的風(fēng)荷載和溫度荷載對結(jié)構(gòu)受力性能影響顯著。通過理論分析和數(shù)值模擬，揭示了拱肋、吊桿與系桿在施工過程中