摘 要

钢管混凝土劲性骨架拱桥是将钢管劲性骨架埋置于外包混凝土中，综合了钢管混凝土拱桥和钢筋混凝土拱桥的优点，主要应用于大跨径拱桥。钢管混凝土劲性骨架拱桥是钢管混凝土应用在拱桥中的一种结构形式，劲性骨架钢管混凝土主拱圈混凝土的收缩徐变、截面线形和应力控制及施工过程稳定性对是劲性骨架拱桥的研究重点。

本文以黔渝线夜郎河大桥为工程背景，应用有限元软件MIDAS对其进行数值模拟，建立空间有限元模型，并对此桥的外包混凝土施工方案进行研究，对其施工过程中进行监测研究。主要内容包括以下几个方面：

1. 简述了夜郎河大桥外包混凝土的施工方案。然后按照本工程的施工方案，划分工况。
2. 运用 MIDAS/Civil 软件建立有限元分析计算模型，对整个外包混凝土施工过程进行划分计算，给出各个施工阶段的结果，主要包括挠度和应力等，然后对数值计算结果进行分析归纳。

关键词： 钢管混凝土劲性骨架拱桥；外包混凝土；施工监控；有限元分析

Abstract

Steel reinforced concrete arch bridge (SRC),with placing steel tube framework into outer wrapped concrete,possesses the features of concrete-filled steel tubes arch bridge and reinforced concrete arch bridge and a mainly utilized in long-span arch bridge construction. Steel reinforced concrete arch bridge is a kind of form of steel reinforced concrete in arch bridge, and the concrete’s creep and shrinkage,stress and deflection and the Stability of construction process is the focus of study of steel reinforced concrete arch bridge.

This paper takes Ye Lang river bridge along Qianyu line as the engineering background,and use finite element software MIDAS to carry on the numerical simulation,establishes space finite element model,and studies on the concrete outsourcing and construction process monitoring. The main research works include the following aspects:

1. The article first elaborates the construction scheme of outer wrapped concrete of Ye Lang river,and then divided condition according to the project's construction plan.
2. A bridge model is built by using MIDAS/Civil software. The whole process of the construction is analyzed and the results of each construction stage is given,including stress and deflection and so on,Then analyze and induce the results.

Key Words: steel reinforced concrete arch bridge (SRC) ; outer wrapped concrete; Construction monitoring; Finite element analysis

目 录

第一章 绪论 1

1.1钢管混凝土拱桥特点和发展概况 1

1.2劲性骨架施工法 1

1.3劲性骨架外包混凝土施工方法 2

第二章 夜郎河大桥的工程概况 3

2.1工程概况 3

2.2夜郎河大桥地基条件及构造 3

2.3主拱圈概述 3

2.4桥面布置 4

2.5 拱上桥面系 4

2.6主要技术指标 4

第三章 夜郎河大桥外包混凝土施工方案 6

3.1外包混凝土施工概况 6

3.2外包混凝土施工方法及顺序 6

3.3施工阶段工况划分 7

第四章 钢管混凝土劲性骨架有限元计算模型 10

4.1建模方法 10

4.2材料参数 11

4.3单元类型 12

4.4边界条件与荷载的施加 12

4.5建立空间模型 12

第五章 主拱圈外包混凝土施工变形及受力分析 15

5.1主拱圈模型外包混凝土阶段变形分析 15

5.2主拱圈模型外包混凝土阶段受力分析 19

5.2.1 拱脚截面各施工工况下各主钢管应力 19

5.2.2 1/8截面各施工工况下各主钢管应力 21

5.2.3 1/4截面各施工工况下各主钢管应力 23

5.2.4 3/8截面各施工工况下各主钢管应力 24

5.2.5 1/2截面各施工工况下各主钢管应力 25

第六章 结论及展望 27

6.1结论 27

6.2展望 27

参考文献 28

致 谢 29

第一章 绪论

1.1钢管混凝土拱桥特点和发展概况

钢管混凝土劲性骨架混凝土拱桥是一种钢管混凝土用于拱桥的结构形式，由于钢管对管内混凝土具有径向约束力的作用，限制了混凝土的膨胀，使得核心混凝土受到三个方向受压的状态，很大程度提高钢管壁的抗稳性能，延缓微裂缝的开展。这种结构施工简便、缩短工期、防腐、耐火性能好、结构造型也美观。在结构上，其钢管内灌注了混凝土，同时外面包裹了混凝土，钢管的表皮不外露，使其具有耐腐蚀性和耐久性。

钢管混凝土拱桥（concrete-filled steel tubes arch bridge，简写CFST），二十世纪三十年代，苏联工程师在列宁格勒（现圣彼得堡）用集束小直径钢管混凝土做拱肋建造了跨径为110m的拱桥；接 着苏联工程师又建造了一座上承式钢管混凝土拱桥。然而，就目前已有材料来看，此后很长一段时间内，全球范围内，几乎没有出现过这类拱桥。。990年10月我国建造了第一座钢管混凝土拱桥也是国内首座飞燕式拱桥即四川省广元市旺苍县的东河大桥。相继建成的钢管混凝土拱桥有四川绵阳涪江二桥、广东州髻沙大桥、湖北武汉市 江汉五桥、湖南南县茅草街大桥、江苏徐州京杭运河大桥以及于2015年建成通车的四川眉山民江大桥等。截至2010年，我国已建成的跨径超过50m的钢管混凝土拱桥达到三百座以上。一种新桥型在一个 国家，有如此快的增长速度，这在世界桥梁史上是罕见的。这些都充分证明了这种新型桥型自身所具有独特的优势。

1.2劲性骨架施工法

劲性骨架施工法是采用劲性钢材来作为主拱圈的配筋，在施工的过程中，劲性骨架合拢后，将其作为主拱圈混凝土施工的支撑，然后在劲性骨架上浇筑混凝土，把拱架埋入到主拱圈混凝土中，等达到设计强度后，形成劲性骨架钢筋混凝土拱圈，共同承受之后各个施工阶段的荷载，成为主要的承重结构。这种方法有很多优点：施工时不需要另外搭设支架，能够减少施工的用钢量，结构整体性好，比较省时等。但是劲性骨架法用钢量比较大，所以一般适用于大跨径拱桥。劲性骨架施工法有悠久的历史，早在1942年西班牙就采用这种方法法建成了当时最大的劲性骨架拱桥：210m的Esla拱桥，但是在世界范围内发展并不快。在国内的话，从20世纪80年代开始，大跨径混凝土拱桥、高强的骨架材料（钢管混凝土）开始大范围使用，桥梁施工控制技术得到了很大发展，因此使得劲性骨架钢管混凝土拱桥得到了迅猛发展，当时的代表有广西邕宁邕江大桥和万县长江公路大桥。