混凝土拱橋箱型截面現(xiàn)澆拱圈支架的計算方法

楊劍鋒

前言

拱橋是我國橋梁建筑史上的重要成果，拱橋在我國具有悠久的歷史。在現(xiàn)代橋梁建筑中，拱橋的應(yīng)用技術(shù)依然是橋梁建筑的重點技術(shù)之一。在近年新建的橋梁中，混凝土拱橋箱型截面現(xiàn)澆筑拱圈的澆筑是一項技術(shù)難點，在實際施工中，確定結(jié)構(gòu)，選擇分環(huán)分段的方法不僅可以節(jié)約大量成本，而且還可以保證橋梁的穩(wěn)定性，提高安全系數(shù)。在整個施工環(huán)節(jié)內(nèi)，對混凝土拱橋箱型截面現(xiàn)澆拱圈支架的計算方法尤為重要，計算精準(zhǔn)有利于保證拱橋的安全成型和設(shè)計要求，保證拱橋的內(nèi)力結(jié)構(gòu)設(shè)計。

一、施工方案的設(shè)計思路

混凝土拱橋箱型截面現(xiàn)澆拱圈支架的總體設(shè)計要遵循施工方的具體器材而定，一般都是由鐵路軍用器材或者常備的萬能桿件拼裝組成的現(xiàn)澆支架主體，采用萬能桿件組拼支架，通過碗扣式支架建立起具有拱弧設(shè)計的卸落裝置，在中間采用墩組支撐，在支墩之間設(shè)計萬能桿件，形成具有梁柱式結(jié)構(gòu)的現(xiàn)澆支架。在設(shè)計施工中，一定要考慮支架所處的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，支墩和柱的布置方式，要根據(jù)高度和位置有一定的設(shè)計差異，使配套器材能夠形成橫向的連接，這樣就會增加支架的受力承載，整個支架就容易保持穩(wěn)定的支撐。在混凝土拱橋的整個設(shè)計中，支墩構(gòu)造、梁部構(gòu)造、水平力分析、計算方式等，都是必然要考慮的問題，特別是在支架變形等特殊條件下，應(yīng)該積極采用新技術(shù)和新材料進(jìn)行補救，避免出現(xiàn)因施工環(huán)境帶來的危害。

二、支架構(gòu)造主要類型及計算分析方式

1、支墩的構(gòu)造與計算方法。支墩是支架構(gòu)造的基礎(chǔ)，整個支架需要根據(jù)設(shè)計確定支墩的數(shù)量，采用跨中的對稱設(shè)計，支墩與柱之間需要掌握平衡，從縱向與橫向的關(guān)系進(jìn)行考慮，每個柱之間可以水平連接，能夠承受豎向負(fù)載或者水平荷載。在這個環(huán)節(jié)要注意整個受力空間的要求，支墩與梁之間要求高度的穩(wěn)定性，各個節(jié)點在連接處能夠緊密連接，這樣就能更好的承受拉力或者壓力。

樁基承載力計算

單樁設(shè)計承載力：

灌注樁：Rd≤0.60fcAp=0.6×16.7×106×3.14×0.42=2893.8kN

Quk=Qsk+Qpk=3.14×0.42×200+3.14×0.8×（120×2+220×3+80×3）=2962kN

Ra=Quk/2=2962/2=1481kN

2、梁部構(gòu)造與計算方法。梁部構(gòu)造是混凝土拱橋現(xiàn)澆拱圈支架中的重點部位，梁部主要承載的力量主要來源于碗扣式支架，承受的力量是拱圈的自身重量和施工過程中的相關(guān)設(shè)備的負(fù)載。一般在施工中為了更好的掌握受力均勻，梁都會設(shè)置與支墩之間，確定好跨度和布置方向，連接的鋼枕和方木需要在規(guī)格上嚴(yán)格控制，基本構(gòu)造要掌握好各個部分的傳遞特點。

橫梁強度計算。橫梁為10×10cm方木，跨徑為0.6m，中對中間距為0.3m。

橫梁彎拉應(yīng)力滿足要求。橫梁撓度：f=5qL4/384EI=（5×8.97×0.64）/（384×11×103×8.33×10-6）=

0.17mm

縱梁強度計算

縱梁為10×15cm方木，跨徑為0.9m，間距為0.6m。

橫梁施加在縱梁上的均布荷載為：0.135÷0.9=0.15KN/m

跨中最大彎矩：M=qL2/8+g L2/8=12.02×52/8+0.4347×52/8=38.92KN·m

橫梁撓度：f=1.146FL3/100EI =（1.146×31.14×0.33）/（100×2.1×105×0.8662×10-5）=0.0053mm

3、萬能桿支架構(gòu)造與計算方法。萬能桿件支架構(gòu)造中，采用的萬能桿件的組拼支架，拱橋的腳部一般水平力較大，經(jīng)過計算后多數(shù)采用抵抗水平力較強的結(jié)構(gòu)類型，支架與拱角采用的零件需要進(jìn)行焊接，與支墩之間要從豎向方向進(jìn)行連接，使焊件能夠有效連接，這樣焊接結(jié)構(gòu)就會具有強力的承載力，有利于支架構(gòu)造的整體穩(wěn)定。

立桿承重計算

碗扣支架立桿設(shè)計承重為：30KN/根。

每根立桿承受鋼筋砼、模板及方木重量：

N1=0.6×0.9×40.9=22.1KN

支架自重：立桿單位重：0.06KN/m，橫桿單位重：0.04KN/m

N2=6×0.06+6×（0.9+0.6）×0.04=0.72KN

每根立桿總承重：

N=N1+N2 =22.82KN<30KN

4、碗扣式支架構(gòu)造與算法。拱橋的特點就是具有弧線變化，實現(xiàn)弧線變化的設(shè)計主要依靠于碗扣式支架構(gòu)造，碗扣式結(jié)構(gòu)可以調(diào)節(jié)高度，形成支架的拱盔。碗扣式支架構(gòu)造需要根據(jù)梁頂和拱圈內(nèi)弧的高度確定。

碗扣式支架驗算

主橋主拱圈拱軸線形為懸鏈線，m=2.5，矢跨比1/5，拱圈跨徑60m，矢高12m，對拱頂處支架進(jìn)行檢算。底模強度計算。箱梁底模采用高強度竹膠板，板厚t=15mm，竹膠板方木背肋間距為300mm，所以驗算模板強度采用寬為b=30mm平面竹膠板。

5、施工預(yù)拱度的控制和計算。在混凝土拱橋箱型截面現(xiàn)澆拱圈支架的整體設(shè)計中，需要預(yù)防的主要問題就是支架的變形，為了規(guī)避這方面的矛盾，需要監(jiān)理施工預(yù)拱度設(shè)計，施工預(yù)拱度的設(shè)計包括支架的彈性變形或者非彈性變形，預(yù)拱度的設(shè)計，從設(shè)計立模標(biāo)高開始，各個結(jié)構(gòu)之間要進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的計算，根據(jù)實測的結(jié)果進(jìn)行施工環(huán)節(jié)的分類進(jìn)行。拱橋的設(shè)計施工需要精確的數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)相對接，否則就容易發(fā)展結(jié)構(gòu)上的問題，形成拱橋長期服務(wù)的危害。

腹拱拱軸線形為圓弧線，圓弧半徑為8.85m，腹拱計算跨度為16.7m，矢高為5.94m，對拱頂處支架進(jìn)行檢算。

對應(yīng)不同的拱橋形式，所采用的支架形式也不同，采取的驗算內(nèi)容也不同。只要盡可能詳細(xì)的計算各部分的受力情況，符合材料的受力額度就能滿足施工安全，保證施工質(zhì)量。

結(jié)語

橋梁是交通的紐帶，橋梁建設(shè)不僅要體現(xiàn)出其應(yīng)用性，還要體現(xiàn)出其美觀性。對于現(xiàn)代橋梁的建設(shè)而言，實用性與美觀性已經(jīng)成了橋梁建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化要求。拱橋的建設(shè)具有一定的難度，拱橋建設(shè)中，拱橋的基本特點就決定了拱橋建造需要進(jìn)行細(xì)致的計算，特別是對拱橋箱型截面現(xiàn)澆拱圈支架計算的方法，是拱橋保證安全穩(wěn)定與結(jié)構(gòu)合理性的重要指標(biāo)。只有在計算準(zhǔn)確的前提下，才能夠優(yōu)化拱橋設(shè)計方案，提高混凝土耐久性和跨越能力，保證拱橋的施工建設(shè)與投入使用，都能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化要求。

（作者單位：中鐵二十局集團(tuán)第四工程有限公司）