形，该桥拱圈第二环均划分为段，采用相同的分段方式及浇注顺序。

在左右拱脚和拱顶设置楔口，每环最后浇注楔口进行合拢。

分段方式及浇注顺序如图所示。

楔口楔口楔口楔口图混凝土浇注分段示意施工过程模拟分析全桥空间有限元分析模型的建立单元的离散结构离散化是有限单元法分析的第步，它是有限单元法的基本概念。

桥梁模型离散化首先要处理好结构施工与离散模型之间的关系。

节点编号和单元的划分应遵循以下原则结构定位点应设置节点按照施工过程，分阶段施工的结构自然分块点应该设置节点对较长的自然分块，应当适当细分关心内力位移所在截面处应设置节点有支承的部位应设置节点。

对于离散模型，要处理好连续处的自然分割问题。

桥梁结构在几何形状荷载分布材料特性等方面存在着许多不连续处。

般情况下，在离散化过程中应把有限元模型的节点单元的分界线或分界面设置在相应的不连续处。

按施工阶段实际结构进行单元划分。

本桥中共有单元个，节点个。

采用了三种单元类型，包括三维实体单元个空间梁单元个和空间桁架单元个，单元离散图如图所示。

第类实体单元单元，用于模拟主拱圈，如图所示第二类空间梁单元单元，用于模拟连接两片主桁的横向连接杆件，如图所示第三类空间桁架单元单元，用于模拟拱架剩余的所有单元，如图所示。

拱架主要杆件截面特性如表。

表拱架杆件截面特性截面组成材料参数本桥模型中各部分材料参数见表。

表主要材料参数表材料名称部位弹性模量泊松比容重钢材钢拱架砼拱圈图空间整体模型单元离散图图三维实体单元图空间梁单元图空间桁架单元模型建立主拱圈的施工大致分为个阶段第阶段拱架的安装。

由于拱架的安装与本文研究内容关系不大，视为次成拱，模型如图所示。

第二阶段第环混凝土合龙后。

这阶段的计算严格按施工顺序模拟，模型如图所示。

第三阶段第二环混凝土合龙后。

这阶段的模拟计算同样严格按照施工顺序进行，模型如图所示。

第四五阶段分别是第三四环混凝土浇注后。

第三四环混凝土都是次浇注完成的，在模拟计算中也次性加载，模型分别如图图所示。

第六阶段卸架。

卸架是通过通电使拱脚硫磺砂浆熔化，次性完成的，在模型中也次性卸载，卸载后的模型就是主拱圈的模型。

图第阶段模型图第二阶段模型图第三阶段模型图图第四阶段模型图第五阶段模型图第六阶段模型图理论分析主要成果次性浇注拱圈的分析结果次性浇注拱圈可以大大缩短施工工期，并可以简化施工工序，但是同时也会使拱架的用钢量大幅增加。

当官地永久交通大桥采用次性浇注拱圈的施工方法时，钢拱架的变形和上下弦的应力分布分别如图图所示，主要杆件内力和主要节点位移见表。

的设计强度为，的设计强度为，为了保证施工期间钢拱架的安全性应有充足的安全系数，设计中取安全系数为。

那么全部的上弦杆和拱脚到范围内的下弦杆的应力不能超过，其余的下弦杆应力不能超过。

由表可以看到，上弦杆最大压应力出现在拱顶部位部位，已达到，超过允许应力下弦杆拱脚至范围内最大应力出现在拱脚部位，为，超过允许应力下弦杆至拱顶范围内，最大压应力出现在，为，超过允许应力。

官地永久交通大桥的拱架主桁为片，为了使应力降到允许应力以下，至少应该增加的主桁杆件，近片，多达吨钢材。

可以看到，当官地永久交通大桥采用次性浇注主拱圈时，只钢拱架用钢量项就增加施工成本多达几十万。

图次性浇注拱圈时拱架的变形图次性浇注拱圈时拱架的应力分布表混凝土次性浇注时主要杆件内力及主要节点位移增量拱脚拱顶应力竖腹杆斜腹杆上弦杆下弦杆位移按分环施工顺序分析的结果下面按分环施工顺序依次列举六个施工阶段的计算结果。

拱架在自重作用下产生的变形与应力分别如图图所示，主要杆件内力和主要节点位移见表。

二第环浇注后拱架的应力与变形增量如图图所示，主要杆件内力及主要节点位移增量见表。

由于拱架的自重对拱箱与拱架的联合作用没有影响，所以只考虑新浇混凝土引起拱架的变形和应力增量第二三四环混凝土浇注后相同。

在第环浇注的过程中混凝土的全部重量由拱架承担。

与拱架承担自重时相同，拱架应力增加最多的部位是在拱顶上弦和拱脚下弦，拱顶下弦应力水平最低。

图自重作用下的变形图拱架自重作用下应力分布位移第三环的重量如果全部由拱架承担的话，拱架产生的变形及应力如图图所示。

分别对比图图和图图可以看出，考虑拱圈与拱架的联合作用时，拱架的变形最大值只有拱架全部承担第三环混凝土重量时其最大变形的，拱架的最大应力只有拱架承担全部第三环重量时其最大应力的。

这说明第三环的重量基本由第二环混凝土承担，传到拱架的力已经很小。

选取关键截面拱脚和拱顶的上下弦应力进行比较，见表，看到第三环混凝土浇注后各个控制截面上，上下弦的应力增量均不到拱架承担全部第三环混凝土重量产生的应力的，所以可以说第三环重量的由第二环混凝土承担，其余的由拱架承担。

表第三环混凝土浇注后关键截面应力比较单位位置第三环混凝土浇注后拱架应力增量拱架承担全部第三环混凝土重量产生的应力二者之比拱脚上弦下弦上弦下弦上弦下弦拱顶上弦下弦图拱架承担全部第三环混凝土的变形图拱架承担全部第三环混凝土的应力第三环混凝土浇注后第二环混凝土中的应力增量图所示，拱脚应力分布如图所示。

从这两个图上我们同样可以清楚地看到，第二环混凝土在承担第三环混凝土的重量上起到了很大的作用。

图第三环混凝土浇注后二环图第三环混凝土浇注后拱脚混凝土中的应力增量分布应力增量分布图第四环混凝土浇注后拱架变形增量图第四环混凝土浇注后拱架应力增量图第四环混凝土浇注后前三环混凝土中的应力增量五第四环混凝土浇注后拱架的应力与变形以及前三环混凝土中的应力分布分别如图图图所示，主要杆件内力及主要节点位移增量见表。

第四环混凝土的重量与第三环混凝土相同，当第四环的混凝土重量全部由拱架承担时，拱架产生的变形和应力也与第三环混凝土浇注后拱架的变形和应力相等。

考虑拱圈与拱架的联合作用时，第四环混凝土浇注后，拱架的变形最大值只有拱架全部承担第四环混凝土重量时其最大变形的，拱架的最大应力只有拱架全部承担第四环重量时其最大应力的。

选取关键截面拱脚和拱顶的上下弦应力进行比较，见表，看到第四环混凝土浇注后各个控制截面上下弦的应力增量均不足拱架承担全部第四环混凝土重量产生的应力的，所以可以说第四环重量的由前三环混凝土尤其是第二环混凝土承担，其余的由拱架承担。

表第四环混凝土浇注后主要杆件内力及主要节点位移增量拱脚拱顶应力竖腹杆斜腹杆上弦杆下弦杆位移表第四环混凝土浇注后关键截面应力比较单位位置第四环混凝土浇注后拱架应力增量拱架承担全部第四环混凝土重量产生的应力二者之比拱脚上弦下弦上弦下弦上弦下弦拱顶上弦下弦拱圈形成后，拱架主要杆件内力及主要节点位移累计值见表。

可见在分环分段的施工方法下，当前的拱架可以满足安全性的要求。

表拱圈形成后主要杆件内力及主要节点位移累计拱脚拱顶应力竖腹杆斜腹杆上弦杆下弦杆位移六卸架后拱圈的应力与变形分别如图图和图所示。

可以看出，拱圈在拱脚处应力最大，其余分布比较均匀。

图卸架后拱圈应力分布图图卸架后拱脚局部应力分布图图卸架拱圈的变形增量综上所述严格按照拱圈的施工顺序，考虑混凝土强度随时间的增长，通过对拱圈施工阶段的空间模拟分析可以看到，在分环施工的钢筋混凝土拱桥中，已形成的混凝土环承担了新浇注混凝土大部分的重量，超过许多文献估计的，可以达到左右，在保证拱架有充足的安全系数的情况下，考虑拱圈与拱架的联合作用效应可节约拱架用钢量约，同时也减少了拱架拼装工程量。

概述问题的提出拱桥是用拱结构作为桥身主要承重结构的桥。

拱桥在竖向荷载作用下，两端支撑处除有竖向反力外，还产生水平推力，这个水平推力使拱内产生轴向压力，大大减小了跨中弯矩，使它的主拱截面材料强度得到充分发挥，所以拱桥是种受力优越的结构，在条件适宜的情况下，修建拱桥是经济合理的。

拱桥的建筑材料来源丰富，可以修建成圬工拱桥钢筋混凝土拱桥钢拱桥和组合材料的拱桥，如钢管混凝土拱桥。

拱桥的优点在于跨越能力较大能就地取材，与其他体系桥梁相比，拱桥的造价是较低的圬工及钢筋混凝土拱圈耐久性好，养护维修费用少拱桥外形美观，能与周围环境较好协调，特别是在西部地区，山陵沟壑，在此建造拱桥，犹如条彩虹飞跃两岸构造简单，技术容易被掌握，有利于推广。

同时，钢筋混凝土拱桥在建筑艺术上也容易处理，它可以通过选择合理的拱式体系及突出结构上的线条来达到美的效果。

因此，在我国公路桥梁系列中，拱桥作为种古老的桥式以其跨越能力大承载能力高可用地方材料造价经济养护维修费用少造型美观等特有的技术优势而成为建筑历史最悠久竞争力较强，并且常盛不衰，不断发展的桥梁形式。

拱桥施工可采用有支架和无支架法，跨度以上的拱桥采用无支架节段预制吊装施工是较经济合理的方案。

但对于西南山区，如跨大渡河雅砻江重庆三峡山区等修建拱桥，由于场地限制，只能采用拱架现浇施工，其跨度般为，如果由拱架承担全部拱箱的重量，拱架必须设计得很强劲，用钢量大，拱架的架设及拱箱浇筑难以控制，采用分环浇筑混凝土，考虑已浇的混凝土环参与工作，和拱架联合作用，共同承担后续浇筑的混凝土重量，可大大简化钢拱架，减少临时设施钢拱架的用钢量。

工程师们已认识到箱拱架联合作用的重要性，由于过去在这方面的研究工作以及可借鉴的工程经验不多，无相关的技术规范可循，设计时般都考虑以上的拱箱重量由拱架承担，致使拱架等临时设施费用极高，拱架复杂，同时加大了拱架构造及拼装难度。

目前在施工技术规范中无拱圈拱架联合受力取值的相关规定，对设计和应用都带来了定的困难。

对拱圈拱架联合受力研究工作具有现实意义，亟待补充技术规程的相关条文。

综上所述，对大跨钢筋混凝土箱形拱桥施工的拱圈拱架联合受力进行研究是必要的。

国内外研究概况拱桥在国内外都建造得比较多，对于小跨径拱桥多采用撑架式拱架施工，对于大跨径拱桥采用无支架多节段预制吊装施工，都具有成熟的技术及相关规程。

但在重庆山区公路建设及开发大渡河雅砻江梯级电站等水利建设中，跨径的钢筋混凝土箱形拱桥越来越多，由于场地的限制，般只能采用钢拱架施工，工程技术人员们已逐步认识到考虑拱圈拱架联合作用的重要性，充分利用已成拱环的贡献，降低钢拱架在后续拱环浇筑过程中的作用，简化拱架构造降低施工难度，节约临时设施的用钢量。

经查阅相关文献，对拱圈拱架联合受力的系统研究工作较少，绝大多数设计人员凭经验考虑拱架承