要：钢管混凝土系杆拱桥在浇筑拱肋内混凝土时，由于各种因素影响，经常出现实际浇筑方案与理论浇筑方案间存在 差异的问题。为此，采用三维有限元分析软件 ＭＩＤＡＳ／ｃｉｖｉｌ模拟钢管混凝土哑铃型截面拱肋内混凝土浇筑的 ７种工序，分 别从位移和应力角度对比不同浇筑方案之间的差异，找到拱肋内混凝土的最佳浇筑方案，指出其他 ６种浇筑方案的不合理 性，并量化给出这 ６种浇筑方案与最佳浇筑方案间位移和应力的差异。研究结果表明：先横向左、右下弦管同时对称浇筑、 再横向左、右上弦管同时对称浇筑是最佳浇筑方案，在混凝土实际浇筑施工中应尽可能采用此种方案。 关键词：钢管混凝土；系杆拱桥；拱肋混凝土浇筑施工；最佳浇筑方案 中图分类号：Ｕ４４８．２２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２－７０２９（２０１６）０３－０５００－０６ ＤｉｓｃｕｓｓｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｐｏｕｒｉｎｇｉｎｔｈｅａｒｃｈｒｉｂｏｆＣＦＳＴ ＤＵＹｉｎｇｄｏｎｇ１，ＷＡＮＧＱｉｃａｉ１，ＺＨＡＮＧＲｏｎｇｌｉｎｇ１，ＹＡＮＧＹａｎｇ１，ＨＵＩＢｉｎｇ２，ＺＨＥＮＧＪｉａｎｆｅｎｇ２ （１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏｕＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００７０，Ｃｈｉｎａ； ２．ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙｔｗｅｎｔｙ－ｏｎｅＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐＦｏｕｒｔｈＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｘｉ’ａｎ７１００６５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｅｔｏｍａｎｙｆａｃｔｏｒｓ，ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｂｅｔｗｅｅｎａｃｔｕａｌｐｌａｎａｎｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｐｌａｎｏｆｔｅｎｅｘｉｓｔｅｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｐｏｕｒｉｎｇｉｎｔｈｅｔｉｅｄａｒｃｈｂｒｉｄｇｅｏｆＣＦＳＴ．Ｔｈｅ３ＤｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅＭＩＤＡＳ／ ｃｉｖｉｌｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅ７ｋｉｎｄｓｏｆｐｏｕｒｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｉｎｔｈｅｄｕｍｂｂｅｌｌ－ｓｈａｐｅｄｓｅｃｔｉｏｎｏｆＣＦＳＴ． Ｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｓｔｒｅｓｓｂｅｔｗｅｅｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｏｕｒｉｎｇｐｌａｎｓｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｗｅｆｏｕｎｄｔｈｅｂｅｓｔｐｏｕｒｉｎｇ ｐｌａｎｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｉｎｔｈｅａｒｃｈｒｉｂ，ａｎｄｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔｔｈｅｉｒｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙｏｆｏｔｈｅｒ６ｐｏｕｒｉｎｇｐｌａｎｓ．Ｔｈｅｎｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｓｔｒｅｓｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅ６ｋｉｎｄｓｏｆｐｌａｎｓａｎｄｔｈｅｂｅｓｔｐｏｕｒｉｎｇｐｌａｎｗａｓｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅｒｅ ｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｌａｎｏｆｌｅｆｔａｎｄｒｉｇｈｔｌｏｗｅｒｔｕｂｅｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｐｏｕｒｉｎｇａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅａｎｄｔｈｅｎｌｅｆｔａｎｄｒｉｇｈｔ ｕｐｐｅｒｔｕｂｅｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｐｏｕｒｉｎｇａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅｉｓｔｈｅｂｅｓｔｐｏｕｒｉｎｇｐｌａｎ，Ｔｈｉｓｐｌａｎｓｈｏｕｌｄｂｅｅｌｅｃｔｅｄｉｎｔｈｅａｃ ｔｕａｌｐｏｕｒｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｓｓｏｏｎａｓｐｏｓｓｉｂｌｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＦＳＴ；ｔｉｅｄａｒｃｈｂｒｉｄｇｅ；ａｒｃｈｒｉｂｐｏｕｒｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ｂｅｓｔｐｏｕｒｉｎｇｐｌａｎ 钢管混凝土系杆拱桥以钢管混凝土特有的力 学性能和技术优势，展示出强劲的生命力，近年来 得到迅猛发展［１－３］。哑铃型截面是其拱肋常见截 面［４］，２０世纪 ９０年代以来，钢管混凝土拱桥在我 国已经得到广泛应用，其计算理论和施工问题已取 得相当多的研究成果［５］。但在实际施工中，由于 场地受限、施工组织不合理等因素，往往不能依照 理论要求施工，以致出现许多非对称施工现象，严 重威胁着结构施工和运营安全。一些已竣工的大 跨度系杆拱桥就存在由于拱肋内混凝土非对称浇 ① 收稿日期：２０１５－０７－２１ 基金项目：长江学者和创新团队发展计划项目（ＩＲＴ１１３９）；铁道部科技研究开发计划项目（２０１２Ｇ０１１－Ａ） 通讯作者：王起才（１９６２－），男，河北晋州人，教授，从事工程新材料预应力研究；Ｅ－ｍａｉｌ：１３９８４５１２５３＠ｑｑ．ｃｏｍ
第 ３期 杜迎东，等：钢管混凝土系杆拱桥拱肋内混凝土不同浇筑工序差异研究 筑施工而造成的结构某些部位内力、位移偏大或整 体失稳等情况。为此就要加大施工控制的力度，以 保证施工过程中每个构件的应力和变形均在允许 的误差范围内［６－７］。许多学者对拱肋内混凝土浇 筑施工做了大量的研究。陈宝春等［４］对浇筑拱肋 内混凝土时钢管拱肋的截面应力进行了分析，考虑 了各种浇筑顺序和工况；张治成［５］在处理施工荷 载时，充分考虑了液态混凝土的复杂力学性质，提 出了分配液态混凝土自重荷载的新方法，并通过温 度荷载等效模拟混凝土的自膨胀效应及水化热效 应对结构内力的影响；郑建荣等［８］分析了对称浇 筑及纵桥向浇筑高差 ０．３，０．５和 １ｍ３种情况下 拱肋竖向变形的变化规律；何雄君等［９］以主拱组 合结构的弯矩余能极小为目标，使成桥拱轴线逼近 其恒载压力线，建立混凝土浇筑优化方案理论；杜 迎东等［１０］模拟了拱肋对称浇筑（左、右榀拱肋上、 下弦管同时浇筑）和非对称浇筑（先浇筑一榀的 上、下弦管）２种情形，分析 ２种情形中拱肋和系梁 在单侧浇筑一半、单侧浇筑完毕和徐变作用 ３种工 况下相同位置处的位移、弯矩变化规律，量化指出 了非对称浇筑的弊端。文章基于有限元分析软件 ＭＩＤＡＳ，模拟拱肋内混凝土 ７种浇筑工序，将 ７种 工序结果对比分析，重点分析不同工序位移和内力 变化规律进而找出最优浇筑方案，为后续同类型桥 梁的建造提供参考。 １ 研究背景 某钢管混凝土系杆拱桥，拱轴线为二次抛物线， 矢高 ２６．５ｍ，计算跨径 １２８ｍ，矢跨比 ｆ／Ｌ＝１／５，结 构设计形式为刚性系梁刚性拱，采用先梁后拱法施 工，拱肋内混凝土浇筑完毕后按设计顺序依次张拉 吊杆。系梁全长１３１ｍ，在满堂支架上分５段浇筑施 工，系梁采用全预应力钢筋混凝土单箱三室截面，梁 高３．０ｍ，底宽１２．０４ｍ，顶宽１４．７ ｍ。横向设置两 榀拱肋，上、下弦管中心距 ２．２ｍ，拱肋截面高 ３．５ ｍ，拱肋截面形式为外径 φ ＝１３０ｃｍ、壁厚 δ＝２６ ｍｍ的钢管混凝土哑铃型截面，两榀间距为 １１．４ｍ， 其内浇筑 Ｃ５５微膨胀混凝土。全桥共 １７组吊杆，每 组包含同一横断面左、右榀拱肋各一对吊杆，每对包 含 ａ和 ｂ２根吊杆，全桥共 ６８根吊杆。 ２ 拱桥结构有限元模拟方法 ２．１ 有限元模型建立方法 利 用 ＭＩＤＡＳ／ｃｉｖｉｌ＿２０１３ 有 限 元 分 析 软 件［１１－１２］以横桥向为 ｘ轴，纵桥向为 ｙ轴，竖桥向为 ｚ轴建立整座系杆拱桥三维有限元模型。模型共 包含 ４９５个节点，４４７个单元。系梁、拱肋和横撑 采用梁单元模拟，共 ３７９个梁单元，吊杆采用只受 拉桁架单元模拟，共 ６８个桁架单元。建模时将钢 管拱肋的钢材截面用与之等效的混凝土截面替代 （须保证结构在受力和位移方面与原截面等效）。 系梁设置 ４个永久支座和 ２个临时支座。４个永 久支座在系梁的满堂支架拆

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