大尺寸雙肢圓端型鋼管混凝土斜拉橋設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、圓形鋼管混凝土由于其結(jié)構(gòu)上的對稱性,能充分發(fā)揮鋼管對混凝土的“緊箍”效應,應用最為廣泛,國內(nèi)外關(guān)于鋼管混凝土的研究也多以圓形鋼管混凝土為主。近年來,圓端形鋼管混凝土雙肢結(jié)構(gòu)開始應用在斜拉橋的主塔結(jié)構(gòu)體系中,關(guān)于其受力性能的研究較少,也未形成相關(guān)的理論體系。
　　 武漢市后湖斜拉橋主塔采用單索面獨塔大尺寸圓端形鋼管微膨脹混凝土雙肢塔柱。其核心混凝土采用C50自密實微膨脹混凝土,采用高拋施工工藝,混凝土強度在50MPa以上,彈性模量

2、在38GPa以上。本文通過數(shù)值模擬、應力監(jiān)控及試驗對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的選型、微膨脹高強度鋼管混凝土的配合比設(shè)計、力學性能及高拋工藝、以及在橋梁施工中的關(guān)鍵技術(shù)開展了深入系統(tǒng)的研究工作,研究成果為微膨脹高強鋼管混凝土材料的設(shè)計、制備與應用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。
　　 本文進行的主要工作和取得的成果有:
　　 第一,通過建立不同截面形式(圓端形雙肢、圓端形單肢、圓形雙肢、矩形)的鋼管混凝土塔柱模型,在偏壓荷載的作用下綜合比較

3、四種截面形式塔柱的最不利應力,發(fā)現(xiàn)圓端形雙肢塔柱在偏壓狀況下,應力狀況最理想,后湖斜拉橋的主塔中塔柱的選型是合理的。
　　 第二,對鋼管混凝土進行配合比設(shè)計及現(xiàn)場高拋試驗,結(jié)果表明:本研究確定的C50自密實鋼管混凝土的彈性模量大于38.5Gpa,抗壓強度大于60Mpa,配合比設(shè)計合理,所配制的混凝土完全滿足高拋施工工藝的要求；主塔施工完畢后對鋼管混凝土密實度的檢測結(jié)果也表明,鋼管內(nèi)混凝土密實性良好,混凝土與鋼管之間無縫隙,達到工

4、程設(shè)計要求。
　　 第三,介紹了后湖大橋主塔施工中傳感器的布置方案、測試儀器和測試工況,根據(jù)斜拉橋的施工特點,將測試工況分為軸壓受力工況和偏壓受力工況,進而分析圓端形鋼管混凝土塔柱在不同工況下的受力性能。
　　 第四,通過試驗研究與數(shù)值模擬的方法,確定微膨脹C50圓端形鋼管混凝土的應力應變關(guān)系,并結(jié)合工程實例,在幾何和材料雙非線性影響下,用泊松比的變化來模擬核心混凝土地微膨脹效應,分析施工中圓端形鋼管混凝土雙肢柱在軸心受

5、壓和偏心受壓兩種情形下的受力性能,用接觸分析法和子模型法來研究鋼管與混凝土相互作用以及變截面區(qū)節(jié)點的應力狀況,并考察結(jié)構(gòu)在三軸應力下的最不利應力狀態(tài)。分析結(jié)果表明,在考慮混凝土泊松比變化情況下.逐步改變核心混凝土泊松比,與不考慮混凝土泊松比變化的情況相比較,可使極限承載力比不考慮混凝土泊松比變化時的計算值高,體現(xiàn)了鋼管對核心混凝土的套箍作用；這種結(jié)構(gòu)在軸心受壓時,應力變化很??；在承受偏心荷載時,應力增幅較大,且能充分利用其結(jié)構(gòu)形式上的特

6、點；運用接觸分析法和子模型法分別對圓端形鋼管混凝土雙肢柱及變截面區(qū)作了精確的受力分析,得到圓端形鋼管混凝土塔柱在軸壓和偏壓荷載作用下的應力變化規(guī)律,找到結(jié)構(gòu)在三軸應力下的最不利應力狀態(tài),將理論計算所得的數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)進行比較,結(jié)果表明理論值和實測值吻合較好,表明有限元分析選用的單元、材料以及各種參數(shù)是合理的,可以完全反映塔柱在施工階段的受力性能,為橋梁的施工以及監(jiān)控工作提供參考依據(jù)。
　　 第五,對圓端形鋼管混凝土斜拉橋梁進行了