某自錨上承式拱橋拱肋現(xiàn)澆支架施工技術(shù)研究

靜國(guó)鋒

（中鐵一局集團(tuán)橋梁工程有限公司 重慶 401121）

上承式拱橋不但造型優(yōu)美，而且具有較大的豎向和側(cè)向剛度，體現(xiàn)出優(yōu)良的空間穩(wěn)定性。當(dāng)采用自錨式受力體系后，通過(guò)張拉系桿平衡拱肋的水平推力，使得其跨度有了大幅度的提高，并且可以不受地質(zhì)條件的制約而被廣泛的采用。拱肋結(jié)構(gòu)的形成總體可以歸納為纜索吊裝法施工、支架法施工2大類(lèi)［1－2］，而對(duì)于自錨上承式拱橋而言，支架法施工占絕大多數(shù)。當(dāng)橋梁跨度較小且地質(zhì)條件較好時(shí)，采用滿堂紅腳手架法施工較為適宜；當(dāng)橋梁跨度較大且地質(zhì)條件較差時(shí)，則需要采用梁柱式支架結(jié)構(gòu)［3］。

拱橋的現(xiàn)澆支架與一般的梁橋現(xiàn)澆支架有顯著的區(qū)別，主要體現(xiàn)為其支架系統(tǒng)承擔(dān)著相當(dāng)數(shù)量級(jí)的水平荷載，于是減小水平荷載在支架系統(tǒng)內(nèi)的效應(yīng)就成為支架成功實(shí)施的關(guān)鍵。本文對(duì)一座自錨上承式拱橋的拱肋現(xiàn)澆支架施工技術(shù)進(jìn)行研究，著重介紹拉桿協(xié)作體系支架、異型帽梁技術(shù)對(duì)保證該橋順利施工的作用［4］。

1 工程概況

滬杭客運(yùn)專(zhuān)線海杭特大橋上跨石大公路為自錨上承式拱橋，孔跨組成為88m＋160m＋88m，拱肋采用拋物線線形，矢跨比為1／6，見(jiàn)圖1。

圖1 橋梁立面圖（單位：m）

大橋邊、中跨拱肋拱頂截面高為4m，拱腳截面高為6m，拱肋橫向?qū)挾?m，采用單箱室截面。拱肋上設(shè)置3個(gè)拱上立柱，支承20m＋22m＋22m＋20m連續(xù)梁，為配合拱肋曲線變化，連續(xù)梁邊跨截面高度采用變截面，梁端截面高度4m，跨中截面高度采用3m，連續(xù)梁與拱肋結(jié)構(gòu)分離。

本橋采用轉(zhuǎn)體法施工，單個(gè)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度為158m，在平行被跨道路旁采用支架法現(xiàn)澆，支架系統(tǒng)采用貝雷梁加鋼管柱的形式，見(jiàn)圖2。立柱采用直徑×壁厚為630mm×10mm鋼管，最高約25.3m，下部埋置在直徑1.0m的鉆孔群樁加承臺(tái)基礎(chǔ)內(nèi)，上部埋置在異型鋼筋混凝土帽梁內(nèi)。

圖2 1／2現(xiàn)澆段支架立面圖（單位：m）

單個(gè)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)拱肋部分混凝土共計(jì)5 136 m3，主墩每側(cè)為2 568m3，分3個(gè)節(jié)段進(jìn)行澆注，水平投影長(zhǎng)度分別為24，26，25m。立柱分為A（9根）、B（9根）、C（9根）、D（6根）、E（3根）5種類(lèi)型，其中A型立柱與B型立柱間為預(yù)留施工通道不設(shè)置橫向連接系，采用與主墩對(duì)側(cè)A型立柱對(duì)拉2束19孔Φj15.24mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線的形式形成整體并承擔(dān)水平荷載，其余支架間設(shè)置直徑×壁厚為325mm×6mm鋼管平聯(lián)及斜撐。

貝雷梁通過(guò)預(yù)埋在異型帽梁內(nèi)的型鋼支座及鋼帶與其連接，共計(jì)5跨，拱肋橫斷面范圍內(nèi)布置25排，最大跨度為20.0m，見(jiàn)圖3。拱肋的弧線調(diào)整采用0.15m寬、不同高度的方木組合實(shí)現(xiàn)，方木上鋪設(shè)12mm厚竹膠板作為拱肋底模。

圖3 現(xiàn)澆支架橫斷面布置圖（單位：m）

2 有限元模型

根據(jù)支架設(shè)計(jì)圖紙采用通用有限元軟件Ansys建立有限元模型，其中包括貝雷梁、鋼管柱、異型帽梁等主要構(gòu)件，見(jiàn)圖4。計(jì)算荷載包括：結(jié)構(gòu)自重，容重按26.5kN／m3計(jì)；模板系統(tǒng)重，按2.0kN／m2計(jì)；施工人、機(jī)具重，按2.5kN／m2計(jì)；混凝土振搗重，按2.0kN／m2計(jì)［5］；結(jié)構(gòu)超方重，按結(jié)構(gòu)自重的5%計(jì)；風(fēng)荷載，按0.8kN／m2計(jì)。模型邊界條件根據(jù)實(shí)際情況按照剛性支座模擬。

圖4 支架有限元模型

3 貝雷梁計(jì)算分析

經(jīng)計(jì)算分析，5跨貝雷梁的應(yīng)力及位移均滿足規(guī)范的相關(guān)要求［5］，詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 貝雷梁應(yīng)力及位移表

4 拉桿協(xié)作體系分析

經(jīng)初步計(jì)算，A立柱所受內(nèi)力最大，然后依次為B～E，見(jiàn)表2。以A立柱為例對(duì)表中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可知鋼管結(jié)構(gòu)內(nèi)的最大應(yīng)力已達(dá)260MPa，遠(yuǎn)超Q235鋼材容許應(yīng)力。

為減小支架結(jié)構(gòu)內(nèi)部的豎向荷載效應(yīng)，采用在A，B立柱每根鋼管內(nèi)填充C30混凝土的措施，增加其承壓能力及提高其穩(wěn)定性，A、B立柱按照鋼管混凝土模擬計(jì)算；在C～E立柱每根鋼管內(nèi)填充干燥的石英砂，并在其頂部1.0m范圍內(nèi)填筑混凝土進(jìn)行封閉，以提高其穩(wěn)定性，C，E立柱按照鋼管模擬計(jì)算。

為減小支架結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水平荷載效應(yīng)，采用對(duì)拉協(xié)作體系的處理方法，即在主墩兩側(cè)A型立柱帽梁內(nèi)預(yù)埋塑料波紋管及錨墊板，于拱肋混凝土澆筑前張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線，經(jīng)試算最終選取張拉力為700kN，得到了較為理想的結(jié)果，通過(guò)鋼絞線錨固產(chǎn)生的水平力有效地減小了支架內(nèi)部的水平荷載效應(yīng)，見(jiàn)表3。

表2 A～E立柱底總內(nèi)力匯總表（初算）

表3 A～E立柱底總內(nèi)力匯總表（調(diào)整）

對(duì)比表2、表3可知，立柱A底的軸力、彎矩、剪力在采用了拉桿協(xié)作體系后有了明顯的降低，分別為19.3%，18.7%，18.6%，再結(jié)合上述采取的措施，對(duì)立柱A構(gòu)件截面特性進(jìn)行調(diào)整，重新驗(yàn)算鋼管結(jié)構(gòu)，其最大應(yīng)力已降至118.4MPa，滿足規(guī)范的限值要求。

5 異型帽梁構(gòu)造措施

異型帽梁是支架系統(tǒng)中最為重要的構(gòu)件，通過(guò)自身剛度將貝雷梁、對(duì)拉鋼絞線（A立柱）的荷載均勻傳遞到每根鋼管立柱的，是關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，具體構(gòu)造見(jiàn)圖5。

圖5 異型帽梁大樣圖

異型帽梁采用C40鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橫橋向?qū)?2.0m。為有效傳遞貝雷梁上弦桿的壓力及下弦桿的拉力，在每片貝雷梁弦桿對(duì)應(yīng)位置處預(yù)埋2塊40mm厚、200mm高的16Mn鋼帶，鋼帶與鋼帶之間采用槽10型鋼組焊形成勁型骨架，并在鋼帶兩側(cè)焊接直徑16mm鋼筋形成剪力釘以保證鋼混之間可靠連接，鋼帶兩端鏜孔與貝雷梁通過(guò)銷(xiāo)軸鉸接連接。

為有效傳遞并分散貝雷梁支點(diǎn)外的反力，設(shè)置雙拼槽20型鋼支座，與異型帽梁等寬埋置其中。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)滬杭客運(yùn)專(zhuān)線海杭特大橋上跨石大公路88m＋160m＋88m自錨上承式拱橋的拱肋現(xiàn)澆梁柱式支架進(jìn)行研究，經(jīng)計(jì)算分析可知拉桿協(xié)作體系、異型帽梁構(gòu)造對(duì)保證工程順利實(shí)施的重要性，以及這種技術(shù)措施的優(yōu)越性，并經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐檢驗(yàn)其合理性，為同類(lèi)型橋梁施工提供了參考，具有重要的推廣意義。

［1］ 交通部第一公路工程總公司.公路施工手冊(cè)：橋涵［M］.北京：人民交通出版社，2000.

［2］ 陳 偉，李 明.橋梁施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2008.

［3］ 中鐵四局集團(tuán)有限公司.高速鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2011.

［4］ 胡國(guó)偉，張宇寧.客運(yùn)專(zhuān)線連續(xù)剛構(gòu)柔性拱組合橋V形墩施工工藝仿真分析［C］.2008中國(guó)高速鐵路橋梁技術(shù)國(guó)際交流會(huì)論文集：上冊(cè).北京：中國(guó)鐵道出版社，2008：581－586.

［5］ 黃紹金，劉陌生.裝配式公路鋼橋多用途使用手冊(cè)［M］.北京：人民交通出版社，2002.