钢管混凝土结构使钢管和混凝土两种材料得以扬长_短,承载力高、塑性和韧性好、 施工方便、耐火性能好、经济效果好,近几年在桥梁中的应用越来越多。本文针对钢管 混凝土拱桥拱助混凝土冬季施工是否可行一问题进行了深入研究,所采用的计算方法和 结论对以后同类型桥梁在冬季施工时具有极大的参考价值。 参阅了众多关于钢管混凝土结构及钢管混凝土拱桥的相关文献、欧亿·体育（中国）有限公司,确定该种结 构在中国工程界的应用广泛,所以对设计、施工过程中存在的任一问题、技术解决方案 进行专一论证都具有积极的现实意义。本文针对某钢管混凝土拱桥在冬季灌注拱肋管内 混凝土时存在的温度问题进行了深度分析,具体过程如下: (1)介绍了浇筑混凝土时水泥水化热产生机理;对比分析了计算混凝土温度场的各 方法以及在计算过程中所需的各种参数取值,确定利用有限单元法隐式解法求解灌注钢 管混凝土拱桥拱助混凝土是所形成的温度场。 (2)运用大型有限元软件Midas建立混凝土拱肋模型,模拟计算其浇筑混凝土时温 度场,现场相应测点实测数据与理论计算数据进行对比,根据其吻合情况从一角度验证 理论计算的可行性、正确性,再次基础上计算分析了羊毛坪大桥拱助混凝土灌注的可行 性。 (3)通过羊毛坪大桥施工监控和静动载试验结论评估了该桥在施工过程和成桥后 的健康状况,从另一角度论证釆用有限单元法、有限元软件Midas计算拱助混凝土灌注 时形成温度场的正确性。 (4)通过双角度论证了理论模拟计算灌注钢管混凝土拱桥拱助混凝土时温度场的 正确性,从而有理论模拟计算分析得到关于冬季灌注钢管混凝土拱桥拱助馄凝土可行性 结论及相关建议都是有积极意义并可给予类似工程实践施工提供指导性意见。 关键字:钢管混凝土拱桥;水化热;温度场;冬季施工;健康评估 I 钢管混凝土拱桥管内混凝土冬季灌注可行性研究 Abstract Since making best use of advantages of concrete and steel, CFST structure is characterized by high bearing capacity, good ductility and toughness, convenient construction, fire resistance, good economic benefit, and are widely applied in bridge building recently.Further study on concrete In this paper, the feasibility of Concrete Filled Steel Tubular Arch Bridge concrete construction in winter, in-depth study, the method of calculation used and conclusions after the same type of bridge construction in the winter of great reference value. See a number of relevant literature on steel concrete structures and concrete filled steel tubular arch bridge, data, and determine the kinds of structural engineering application in China widely, so any one of the problems that exist in the design and construction process, and technology solutions specific argument have a positive practical significance. In this paper, a concrete filled steel tubular arch perfusion Rib winter temperature in the tube concrete depth analysis of the specific process is as follows: (1) Pouring concrete hydration heat generation mechanism; comparative analysis of various methods of calculation of concrete temperature field,as well as values of various parameters required in the calculation process to determine the implicit solution of the finite element method for solving the perfusion steel pipe Concrete Arch Bridge Concrete is formed by the temperature field. (2) The use of large-scale finite element software Midas Concrete Arch model to simulate the temperature field to calculate the pouring of concrete, on-site corresponding measuring point measured data and theoretical calculations were compared to verify the feasibility of theoretical calculations from the point of view according to its anastomosis again, correctness, calculated on the basis of analysis of the feasibility of wool Ping Bridge Rib pouring of concrete. (3) Through wool Ping Bridge construction monitoring and static and dynamic load test conclusions assessment of the bridge in the health status of the construction process and into the bridge, from another point of argument with finite element method, finite element software to the Midas calculate the arch rib concrete pouring the formation of the correctness of the temperature field. (4) The theory of the dual-angle simulation perfusion Concrete Filled Steel Tubular Arch Bridge concrete theoretical simulation analysis the winter perfusion Concrete Filled Steel Tubular Arch Bridge Concrete feasibility conclusions and recommendations are The positive significance and can be given to the practice of construction of similar projects to provide guidance. Keywords: Concrete Filled Steel Tube Arch Bridge; Hydration heat; Temperature n 兰州交通大学硕士学位报告 field; Winter construction; Health evaluation IE 钢管混凝丄拱桥管内混凝土冬季灌注可行性研究 目 录 摘要 I Abstract II 目录 IV 1绪论 1 1 1钢管混凝土工作原理及特点 1 12钢管混凝土在拱桥中旳应用 1 13钢管混凝土拱助的施工 2 1 31钢管骨架的架设方法 2 1 32钢管内混凝土的灌注 3 1 33管内混凝土的质量检查 3 1 4本文工程背景及主要工作 4 1 33本文的工程背景 4 1 33本文的主要工作 5 2混凝土温度场计算方法 7 2 1热传导基本方程 7 22初始条件和边界条件 9 23混凝土的热学性能 10 23水/尼水化热与馄凝土绝热温 11 23 1水泥水化热 11 2 3 2混凝土的绝热温升 13 25混凝土温度场求解方法[3] 13 25 1温度场计算公式 13 2 5 2稳定温度场计算 14 2 5 3不稳定温度场计算 16 2 6小结 19 3有限元法求解混凝土温度场 20 3 1工程概况 20 3 2基于MIDAS的温度场有限元模型建立 22 3 2 1水化热分析的建模与分析过程 22 3 2 2建模过程所需参数选取 22 3 23 MIDAS有限元模型建立 24 3 3有限元计算结果 25 IV 兰州交通大学硕士学位报告 3.3.1大气温度取常量 25 3.3.2大气温度取变量 _ 29 3.3.3实测-理论温度对比 33 3.3 /J、胃 34 4羊毛坪大桥健康状态评估 35 4.1施工监控结论 35 4.1.1主拱应力实测、理论对比 35 4.1.2应力控制结论 41 4.1.3主拱线形控制与调整 41 4.1.4线性控制结论 49 4.2静云力载试验结论 49 4.2.1静载试验的结果及分析 49 4.2.2动载试验的结果及分析 54 4.3 60 结论与建议 61 ft ilf 62 63 攻读学位期间的研究成果 65 v 兰州交通大学硕士学位报告 1绪论 1.1钢管混凝土工作原理及特点 钢管混凝土 (Concrete Filled Steel Tube,简称CFST)是一种将混凝土灌入薄壁 钢管内而形成的组合材料。由于借助了钢管的套箍作用,管内混凝土处于三向受压状 态,其抗压强度和压縮变形能力得到了大幅度提高。 在钢管混凝土弹性工作阶段中,钢管的泊松比在0.250.30变化,但变化很 小可认为常量,而管内混凝土的泊松比从随着轴向应力的变化由0.167逐渐增大到 0.5。在不同轴向应力状态下: (1)当从=凡时,钢管和混凝土的径向变形一致,两者相互间没有作用力; (2)当时,钢管限制混凝土的径向变形,相互间产生紧箍力; (3)当时,相互间表现为粘结力。 钢管和混凝土两种材料在共同受力过程中相互作用,使得: (1)混凝土处于复杂应力状态,强度得以提高,塑性和韧性性能大为改善; (2)钢管避免局部屈曲,使其材料性能的充分发挥; 另外在钢管混凝土结构的施工过程中,钢管可作为饶筑其管内混凝土的模板,节 省了模板费用,大大加快了施工速度。总之,钢管混凝土这种组合结构使得钢管和混 凝土这两种材料扬长避短,具有承载力高、塑性和軔性好、施工方便、耐火性能好、 经济效果好的特点,拥有广阔的应用前景⑴。 1. 2钢管混凝土在拱桥中的应用 拱桥在中国的应用由来已久,其外型优美,如果形状设计合理,可使拱主要承受 压力,充分发挥早起建桥材料的性能。但随着跨径的增大,高强材料因有受到稳定的 制约而难以发展;预应力混凝土、钢筋混凝土由于自重而造成的施工架设问题也制约 着拱桥的发展。随着中国经济的发展,国家对交通建设投资力度的加大,拱桥作为设 计方案的一种主要桥型的发展也刻不容缓。在众多桥梁工作者的探索中,钢管混凝土 拱桥应运而生。钢管混凝土应用于拱桥结构,巧妙的解决了高强材料在拱桥中的应用 和轻型施工主拱圈两大问题。由于主拱主要承受压力,这样把上节介绍到的钢管混凝 土结构的特点也充分发挥了出来,可以说是建桥史上结构受力与材料完美融合的代表 作。 我国己建成和在建的钢管混凝土拱桥总计已超过200座。1990年建成通车的四川 旺苍东河大桥是我国第一座钢管混凝土拱桥;2004年4月份建成通车的主跨为460II1 的巫山长江大桥,是世界钢管混凝土拱桥跨径之最。国内著名的已建成的钢管混凝土. 1 钢管混凝土拱桥管内混凝土冬季灌注可行性研究 拱桥如下表1-1: 表1-1国内比较著名钢管混凝土拱桥 桥名 跨度(m) 结构类型 备注 - 重庆巫山长江大桥 460 中承式析架拱 ’跨度为世界最长 四川万县长江大桥 420 上承式箱拱 四川巫山长江大桥 400 析架拱 广州丫髻沙人桥 360 中承式刚架系杆拱 国内同类桥型跨度最大 武汉江汉三桥 280 下承式刚架系杆拱 国内同类桥型跨度最大 广西皇宁星江大桥 312 中承式变截面箱拱 贵州水柏铁路北盘江大桥 236 上承式横■铃析拱 国内第一座铁路拱桥 经过多年的发展,拱助截面形式也由单一而发展为多种形式,如单圆形、观铃形、 箱助形等;施工方法随着各种机械设备的出现也也越来越成熟,现在应用较广泛的有: 机械吊装法、缆索吊装法、支架施工法、转体施工法等。钢管混凝土拱桥在我国的兴 建方兴未艾,技术在日益提高,形式在不断创新,跨径在不断