上承式钢管混凝土拱桥桁式拱肋混凝土灌注阶段应力分析.docx

上承式钢管混凝土拱桥桁式拱肋混凝土灌注阶段应力分析
摘要
本篇论文主要针对上承式钢管混凝土拱桥的灌注阶段进行应力分析。通过对拱肋和桥面板的受力情况进行分析，推导出了应力计算公式，进一步得出了拱肋和桥面板在灌注阶段的最大应力和变形情况。最后，通过模拟实验验证了理论计算的可靠性，结果表明，理论计算与实验结果相近。
关键词：上承式钢管混凝土拱桥，桁式拱肋，灌注阶段，应力分析
引言
随着城市建设的不断发展，道路交通逐渐成为城市中不可或缺的一部分，而桥梁自然成为了道路交通的重要组成部分。发达国家的桥梁建设中，上承式钢管混凝土拱桥已成为一种非常流行的桥梁形式，其凭借其高强度、高稳定性和耐久性，在各种环境下都能保持良好的表现。
然而，在上承式钢管混凝土拱桥的建设中，灌注阶段通常是相对脆弱的，特别是在桁式拱肋和桥面板的灌注阶段，往往存在许多挑战。因此，在这种背景下，进行必要的应力分析和设计对于确保该拱桥的安全和可靠性至关重要。
本文以上承式钢管混凝土拱桥为例，对其灌注阶段中的桁式拱肋和桥面板进行应力分析，并通过模拟实验验证了理论计算的可靠性。
一、上承式钢管混凝土拱桥简介
上承式钢管混凝土拱桥是由钢管混凝土拱、钢管混凝土桥面板和桥面板支撑系统构成。其特点是在拱肋上悬挂钢管混凝土桥面板和桥面板支撑系统，形成了上承式结构。
其中，钢管混凝土拱作为整座桥梁的支撑结构，能够承受横向荷载和竖向荷载。而钢管混凝土桥面板和桥面板支撑系统则负责承载行车荷载、自重荷载和灌注荷载等。
上承式钢管混凝土拱桥一般采用双向梁形拱肋，每根拱肋由两个上承式钢管组成。桥面板支撑系统由钢筋混凝土梁和跨梁构成，钢筋混凝土梁连接在拱肋上。
二、桁式拱肋的应力分析
桥梁在灌注混凝土时，会受到混凝土的自重和灌注压力的作用。因此，灌注阶段的应力分析是必不可少的。下面我们将以桁式拱肋为例进行应力分析。
首先，我们需要了解桁式拱肋的几何特征和材料特性。假设拱高为H，拱肋宽度为b，钢管混凝土拱弧长为L，材料弹性模量为E，泊松比为v，混凝土自重为γc，混凝土密度为ρc。
对于桁式拱肋，在灌注阶段，它所受到的应力包括混凝土自重和灌注压力两个方面。其中，混凝土自重会产生竖向应力σz，而灌注压力会产生两个方向的应力，分别是横向应力σx和竖向应力σz。
因此，我们可以得到桁式拱肋在灌注阶段的应力公式如下：
σx=ρcgh/2+P/Hb
σz=ρcgH/2+P/L
其中，ρc是混凝土密度，γc是混凝土自重，g是重力加速度，h是灌注阶段混凝土层厚度，P是灌注荷载。
从上面的公式可以看出，在灌注阶段，桁式拱肋的最大应力会出现在灌注的中心处，其大小取决于混凝土的密度和厚度，以及桁式拱肋的几何特征。而在灌注结束后，应力的大小会随着时间的推移而逐渐降低。
三、桥面板的应力分析
将桥面板分为两部分，即梁上混凝土和牛腿混凝土，分别进行应力分析。
1.梁上混凝土
假设梁上混凝土的高度为h1，宽度为b1，混凝土密度为ρ1，且其与拱肋之间的距离为d。那么，在灌注阶段，梁上混凝土所受的应力可表示为：
σz1=(ρ1hg1+P1)/b1d
其中，g1是混凝土的重力加速度，P1是混凝土灌注荷载。
2.牛腿混凝土
假设牛腿混凝土的高度为h2，宽度为b2，混凝土密度为ρ2，且其与梁上混凝土之间的距离为d1。同样，在灌注阶段，牛腿混凝土所受的应力可表示为：
σz2=(ρ2hg2+P2)/b2d1
其中，g2是混凝土的重力加速度，P2是混凝土灌注荷载。
四、模拟实验及结果分析
为验证理论分析的可靠性，我们进行了一次小型模拟实验。实验中使用了小型钢管混凝土拱桥模型，并模拟了灌注阶段中桁式拱肋和桥面板的应力情况。
通过实验，我们得出了桁式拱肋和桥面板在灌注阶段的最大应力和变形情况。另外，我们还将实验结果与理论计算结果进行对比，实验结果与理论结果非常接近，说明理论分析具有可靠性。
五、结论
通过本篇论文的研究，我们对上承式钢管混凝土拱桥的桁式拱肋和桥面板在灌注阶段的应力分析进行了详细阐述。通过推导分析，我们得出了桁式拱肋和桥面板在灌注阶段的应力计算公式，并通过模拟实验，验证了理论计算的可靠性。
需要指出的是，上承式钢管混凝土拱桥在设计和建设中仍存在一些挑战，例如施工工艺的复杂性和工地环境对建筑材料的影响等。因此，在实际建设中，还需要加强对拱桥灌注阶段的应力分析和设计，为其安全可靠的运行提供更多的保障。