美兰法与美兰拱桥技术发展综述

回顾了美兰法100多年的发展历程,讨论了相关专业术语及其内涵与外延;调查分析了美兰拱桥在中国的应用现状,总结了美兰法的技术发展要点和历史经验;指出了美兰法技术与美兰拱结构的研究现状与发展方向。研究结果表明:美兰法在19世纪末和20世纪上半叶从欧美起源,20世纪下半叶传到中国和日本;按所采用的埋置拱架类型,其在中国的发展可分为半劲性拱架、(一般)钢管混凝土(CFST)拱架和强劲CFST拱架3个阶段;美兰拱桥为混凝土拱桥的一种,美兰法所用的埋置拱架以服务施工为主,成桥后对混凝土的增强作用为辅;截至2021年5月,收集到的中国已建成或在建的美兰拱桥有57座,2007年以来,跨径250 m以上的混凝土拱桥均采用此法修建,其中最大跨径为600 m;美兰拱桥主要应用在中国西南山区的公路桥梁中,近年在铁路桥中的应用增多,以上承式双肋组拼拱为主,矢跨比集中在1/4~1/6,拱轴线多采用悬链线;CFST拱架截面积在主拱截面中的占比、钢管直径、钢管和混凝土材料强度均随时间的推移和跨径的增大而不断提高;应用美兰法时要综合考虑有限的用钢量、受控的结构受力和简便的施工这3种因素;预埋拱架从最早的型钢向类桁式、箱式、桁式发展,目前以桁式为主,桁式钢管拱架多采用悬臂法架设,转体法也有应用且形式多样;为减少用钢量,并控制施工过程中结构的受力与变形,中国创新地引入了CFST桁式结构作为埋置拱架,并采用预压、辅助锚索、多点平衡浇筑、斜拉索等调载方法;近年来,通过采用强劲CFST拱架,外包混凝土横向分环浇筑工序减少至3环及以下;在美兰法应用方面,应以强劲CFST拱架为核心,继续开展材料、结构与施工技术方面的研究;在美兰拱结构方面,应加强钢管增强混凝土结构、超高性能材料、钢腹板(杆)-混凝土组合拱受力性能研究;同时,还应深入研究美兰拱桥的耐久性,从而为新建桥梁的设计和既有桥梁的维修养护服务。      

国内最大跨径钢管混凝土提篮拱桥的总体设计

某主跨360 m的钢管混凝土提篮拱桥为目前国内最大跨径的钢管混凝土提篮拱桥,介绍了其主拱肋、横撑、肋间横梁、吊杆及桥面系等主要结构设计要点,对主拱、主拱腹杆、横撑、吊杆及桥面钢格子梁进行了承载能力极限状态、正常使用极限状态和短暂状态的验算,对主桥进行稳定分析和动力计算。结果表明:结构设计满足规范要求,为我国大跨径钢管混凝土提篮拱桥的设计提供依据。     

钢管混凝土拱桥施工

钢管混凝土大多用于大跨径中承、下承式拱桥或系杆拱桥的拱肋,拱肋截面一般有多种形式,多为圆管和圆管加腹板构成的哑铃形以及由弦管和腹管绑成的空间拱式桁架等,其中拱式桁架可用于特大跨径的钢管混凝土拱桥。钢管混凝土拱桥施工的主要内容是钢管拱肋的制作、安装以及管内混凝土的浇筑,对无推力的系杆拱则有系杆的安装等。     

钢管混凝土拱桥的施工

钢管混凝土大多用于大跨径中承、下承式拱桥或系杆拱桥的拱肋,拱肋截面一般有多种形式,多为圆管和圆管加腹板构成的哑铃形以及由弦管和腹管绑成的空间拱式桁架等,其中拱式桁架可用于特大跨径的钢管混凝土拱桥。钢管混凝土拱桥施工的主要内容是钢管拱肋的制作、安装以及管内混凝土的浇筑,对无推力的系杆拱则有系杆的安装等。     

我国大跨径混凝土拱桥的发展新趋势

回顾了混凝土拱桥的技术进步,论述了劲性骨架混凝土拱桥和钢管混凝土拱桥向特大跨径拱桥快速发展的技术原因和动力,展望了建造700 m跨径级别拱桥的技术可行性和重大意义。     

钢管混凝土在桥梁工程中的发展现状及展望

钢管混凝土结构节点构造复杂,对其研究尚存在很多问题。对其构造节点处的静力性能和动力性能研究也将成为今后的重要发展方向。钢管混凝土结构符合拱桥建设中要求材料强度高和拱圈无支架施工及轻型化的发展方向;对于梁式体系桥梁,钢管混凝土不仅可以作为桁架受压杆件,也可作为拉杆来使用。     

三岸邕江大桥钢管拱骨架预制和安装

介绍净跨径L0=270m的钢管混凝土中承式拱桥骨架材料的选择，钢管对接，矫正，主弦杆煨弯，拼装和拱肋安装的施工过程。     

钢管混凝土劲性骨架拱桥混凝土外包过程非线性屈曲分析

劲性骨架拱桥混凝土外包阶段结构稳定性的准确把握是保障桥梁施工安全的关键.为了研究大跨径钢管混凝土劲性骨架拱桥混凝土外包过程稳定性,以某主跨为600 m的劲性骨架拱桥为研究对象,分析了混凝土外包施工过程中的劲性骨架拱的非线性屈曲行为,探究了几何非线性、材料非线性对主拱稳定性的影响;确定了可能发生局部失稳的构件,从稳定性机理出发确定构件失稳原因并提出稳定性加强措施.研究结果表明:随着外包混凝土的浇筑,主拱双重非线性表现地越来越明显,且结构的整体失稳之前部分构件可能已经出现了局部失稳;劲性骨架拱桥稳定性分析必须同时计入材料、几何非线性,否则会高估其稳定极限承载力,但只进行双重非线性分析可能不容易找到结构潜在的局部失稳的薄弱构造,为了更为清晰的认识主拱结构加载过程中的失稳机理,有必要仅分析材料非线性条件下结构受力行为的演化过程;主拱混凝土外包过程中靠近拱脚位置的横撑腹杆可能发生局部失稳的现象,增强横撑腹杆侧向支承能有效加强横撑腹杆稳定性.     

大跨径钢筋混凝土拱桥主拱圈优化设计

随着拱桥施工技术的不断发展创新,混凝土材料强度不断提高,大跨径钢筋混凝土拱桥修建越来越多。采用大型分析软件Ansys,针对600m跨钢筋混凝土拱桥进行主拱截面的优化设计,得到各截面参数对主拱圈的影响,为大跨径钢筋混凝土拱桥设计提供借鉴。     

大跨径劲性骨架钢管拱桥拱肋施工过程仿真分析

大跨径拱桥的拱肋施工是一个复杂的过程。为保证施工安全,最终成桥线形和受力状态满足设计和验收规范要求,需要施工控制仿真。应用有限元结构计算理论与计算机技术,结合主跨140 m的某上承式劲性骨架混凝土拱桥,对钢管混凝土拱桥拱肋施工过程进行仿真分析,给出了仿真计算的具体步骤并得出结论:仿真分析过程中,拱脚处上平纵联杆件应力普遍较大。为同类型桥梁仿真计算提供参考和借鉴。     

钢管混凝土拱桥中钢管与混凝土剪切滑移分析

目前钢管混凝土拱桥虽然建设了不少,但在钢管混凝土的剪切滑移的研究和认识方面还存在一定的不足,该文对短期静力荷载作用下的钢管与混凝土界面接触进行了研究,建立了节段模型,对剪切滑移的ANSYS实体模型进行了介绍,并分析了两相邻吊杆间的单肢拱肋的时间历程响应曲线,得出了荷载从初始加载至达到极限承载力时拱肋位移的变化规律及各主要阶段的接触状态。     

钢管混凝土拱桥的多维平稳随机地震响应

用随机振动理论，对钢管混凝土拱桥的多维地震响应的计算方法和响应特性进行了研究．提出了多维激励作用下的虚拟激励法，采用该方法分析了钢管混凝土拱桥在多维激励作用下的平稳随机响应特性，并探讨了主拱横撑刚度对结构响应特性的影响．结果表明，多维激励作用下的虚拟激励法与传统的随机振动理论具有相同的计算精度，但速度要快得多；横向激励和竖向激励对拱肋内力的影响较大，拱肋内力响应有随横撑剐度增大而增大的趋势。     

单拱肋外倾式钢管混凝土拱桥动力特性分析

章江大桥为国内少有的单拱肋外倾式钢管混凝土拱桥.通过建立ANSYS空间有限元模型来计算分析其自振频率和振型,着重研究主拱肋核心混凝土标号、稳定拱肋外倾角度、横撑与斜撑布置形式以及拱肋与桥面联结区刚度等结构参数对结构动力特性的影响.     

钢管混凝土拱桥线型控制

结合某市钢管混凝土系杆拱桥的实际工况,通过钢管拱桥坐标测设、计算及钢管拱肋制作加工、采用临时支墩架设等施工工艺,对钢管拱桥拱肋施工线型控制进行了全面介绍,实践证明线型控制方法简单、方便、快捷,较好地处理了温度的不利影响。     

基于温度影响的钢管混凝土脱空机理分析

在简要介绍钢管混凝土拱桥脱空现状的基础上,分析不同来源的温差对钢管混凝土交界面的纵向拉应力和径向拉应力的影响。结果表明:在拱肋纵向,水化热引起的温差和日光、大气温度变化引起的温差都会引起交界面中的钢管和混凝土发生相对滑移;在拱肋径向,日光、大气温度变化引起的温差会导致混凝土发生脱空。     

结构参数变化对钢管混凝土拱桥动力特性的影响分析

以郑州黄河二桥主跨钢管混凝土拱桥为研究对象,采用ANSYS通用有限元程序,建立了该下承式钢管混凝土拱桥动力计算的整体空间有限元计算模型;探讨了17种不同工况和损伤对桥梁的动力特性的影响。计算结果表明:该钢管混凝土桥竖向刚度相对较强,面外刚度相对较弱;横撑的布置形式对桥跨结构的竖向刚度影响不大,但对桥梁结构对面外刚度影响较大;撑脚的损伤对结构的第1阶自振频率的影响比较敏感的,但对结构的竖向刚度影响不大;吊杆和桥面板的损伤对结构动力特性的影响基本没有变化。     

凌云大桥横梁吊装方案比选及稳定性评估

当涂凌云大桥跨径组合为29.4m+80.5m+93m+80.5m+29.4m,中间3跨为中承式钢管混凝土拱桥结构,两端25.55m为上承式钢筋混凝土拱桥(半拱),文章对横梁吊装顺序进行比选,并对所选方案进行静力计算和稳定性评估,验证了所选方案的可行性。     

500m级钢管混凝土拱桥施工控制

为解决500 m级钢管混凝土拱桥施工控制的难题,对既有施工控制方法的局限性进行了分析.根据结构在施工过程中的力学特征,提出了施工控制的可调域法,并对该方法的计算公式进行了推导.基于可调域法的优点和拱肋拼装的要求,给出了吊装线形控制方法.可调域法通过将结构的线形、应力以及索力控制在一定范围内,只在关键施工阶段进行调整,从而减少了调索次数.将该方法应用于波司登大桥,合龙后线形和应力误差均在规范JTG/T F502011允许范围内.实践表明,可调域法在500 m级钢管混凝土拱桥施工控制中是可靠的.      

大跨径钢管混凝土拱桥稳定性研究

钢管混凝土拱桥在我国得到广泛应用,稳定性问题是制约钢管混凝土拱桥发展的重要因素之一。结合工程实践,采用大型通用有限元分析程序MIDAS／Civil对拱桥稳定性进行了研究分析,对钢管混凝土拱桥拱肋钢管的截面厚度、拱肋内填混凝土强度以及横撑布置形式对拱桥稳定性的影响进行研究。研究表明,拱肋钢管的截面厚度对拱桥稳定性影响较大,“米”字横撑布置形式比较合理。研究内容对提高该桥所采用稳定性措施的经济合理性有一定的借鉴意义。