系桿拱橋施工過(guò)程中的系桿張拉方案研究

李典豪　付雷

【摘要】廣州增城大橋采用飛燕式，無(wú)橫撐外加斜靠拱的設(shè)計(jì)，主跨為（30+100+30）m，系桿采用鋼箱的剛性系桿，并進(jìn)行張拉，以此來(lái)平衡墩底的水平推力，采用空間有限元模型詳細(xì)計(jì)算分析了系桿張拉次數(shù)及張拉順序?qū)皹蚪Y(jié)構(gòu)受力的影響，得到了較優(yōu)的施工方法，對(duì)此類(lèi)橋梁施工具有較大的參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】飛燕式；斜靠拱橋；系桿；內(nèi)力；水平推力；

1 方案概況

廣州增城大橋主橋?yàn)橹谐惺较禇U拱橋，跨度（30+100+30）m，由于橋面較寬，不宜采用橫向支撐，但為了保證拱肋的橫向穩(wěn)定性，將傳統(tǒng)拱肋一分為二，分別置于人行道兩側(cè)，形成豎直主拱和斜靠拱。豎直主拱軸線采用二次拋物線，，中跨矢高25m，矢跨比為1/4；斜靠拱上肢豎直面內(nèi)及平面內(nèi)均為二次拋物線，下肢為直線。其整體布25m，矢跨比為1/4；斜靠拱上肢豎直面內(nèi)及平面內(nèi)均為二次拋物線，下肢為直線。其整體布置如圖1。

2 有限元模型的建立

為了模擬主拱肋、斜靠拱以及支架在施工過(guò)程中的受力特性，計(jì)算模型采用空間桿系有限元程序?qū)θ珮蜻M(jìn)行模擬，有限元模型中主拱、斜靠拱、主梁、橫梁、橫撐采用空間梁?jiǎn)卧M；吊桿以采用空間桿單元模擬；按照實(shí)際情況模擬支座位置約束，全橋有限元模型見(jiàn)圖2。

3 系桿張拉次數(shù)方案優(yōu)化研究

3.1 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)提出的施工方案，系桿張拉設(shè)計(jì)了三種方法，采用其中最優(yōu)化的方法進(jìn)行張拉。

方法1、主縱梁合攏時(shí)，中跨和邊跨系桿一次性張拉完成；

方法2、主縱梁合攏時(shí)中跨系桿一次張拉完成，此時(shí)邊跨系桿張拉到800t，等到橋面板鋪裝全部完成后，進(jìn)行邊跨系桿第二次張拉到1300t；（設(shè)計(jì)提供）

方法3、主縱梁合攏時(shí)中跨系桿一次張拉完成，此時(shí)邊跨系桿張拉到400t，到中跨橋面板鋪裝完成后，進(jìn)行邊跨系桿第二次張拉到800t，等到橋面板全部鋪裝完成后，進(jìn)行邊跨系桿第三次張拉到1300t。

3.2 結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

對(duì)三種張拉方法分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，得到了主拱、主縱梁、邊拱、等構(gòu)件的控制截面在不同施工階段下所受的最大內(nèi)力值，見(jiàn)圖3～6。

內(nèi)力計(jì)算結(jié)果表明：

1、在恒載和活載的綜合作用下，主拱圈的各個(gè)截面在不同張拉方案的條件下所承受的最

大軸力相差不大。但所受剪力在分三次張拉的情況下最小。而最大彎矩在一次張拉時(shí)為770.8kN/m，在二次張拉時(shí)為683kN/m，在三次張拉時(shí)為588kN/m，因此，在分三次次張拉時(shí)對(duì)主拱圈產(chǎn)生的彎矩最小。

2、在恒載和活載的綜合作用下，主縱梁的各個(gè)截面在不同張拉的方案的條件下所承受的最大軸力、剪力和彎矩都相差不大。

3、在恒載和活載的綜合作用下，邊拱拱腳截面在不同張拉的方案的條件下所承受的最大軸力和彎矩都相差不大，但在一次張拉的情況下所受最大剪力為3184.6kN，在三次張拉的情況下所受最大剪力為1299.1kN。因此，系桿分三次張拉的方案能夠很大程度的減少邊拱拱腳剪力。

4、對(duì)于墩的水平反力而言，在一次張拉的情況下墩身產(chǎn)生的最大的水平反力5378.9kN，在二次張拉的情況下產(chǎn)生的最大的水平反力為3014.9kN，而在三次次張拉的情況下產(chǎn)生的最大的水平反力2603.4kN。因此可知在分三次張拉的情況下對(duì)墩身最有利，且能很大程度減小了主墩所受的水平反力。

4 系桿張拉順序方案優(yōu)化研究

4.1 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，中跨系桿張拉一次完成而邊跨系桿分為兩次張拉，邊跨系桿的第一次張拉與中跨系桿張拉為同一施工階段。但是中跨系桿張拉與邊跨系桿的第一次張拉在時(shí)間上有個(gè)先后順序。因此我們通過(guò)計(jì)算它們同一時(shí)間進(jìn)行張拉與先進(jìn)行中跨系桿張拉再邊跨系桿張拉對(duì)主橋結(jié)構(gòu)的影響的對(duì)比來(lái)選擇張拉的方案。

4.2 結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

對(duì)由兩種方案分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，得到了主拱、主縱梁、邊拱、等構(gòu)件的控制截面在不同施工階段下所受的最大內(nèi)力值，見(jiàn)圖7～10。

內(nèi)力計(jì)算結(jié)果表明：

1、在恒載和活載的作用下，主拱圈的各個(gè)截面在不同張拉的方案的條件下所承受的最大軸力和彎矩相差不大，但最大剪力在同時(shí)張拉時(shí)為-3863kN，在分開(kāi)張拉時(shí)為-2845kN。因此，在分開(kāi)張拉時(shí)對(duì)主拱圈的剪力影響比較有利。

2、在恒載和活載的作用下，主縱梁的各個(gè)截面在不同張拉的方案的條件下所承受的最大軸力相差不大，但分開(kāi)張拉對(duì)主縱梁產(chǎn)生的最大剪力比同時(shí)張拉的要較大，而分開(kāi)張拉對(duì)主縱梁產(chǎn)生的彎矩比同時(shí)張拉對(duì)主縱梁產(chǎn)生的彎矩要小很多。

3、在恒載和活載的作用下，邊拱拱腳截面在不同張拉的方案的條件下所承受的最大軸力、剪力和彎矩都相差不大。

4、對(duì)于墩的水平反力而言，在同時(shí)張拉的情況下墩身產(chǎn)生的最大的水平反力為3994.0kN，在按順序張拉的情況下產(chǎn)生的最大的水平反力為2926.1kN。因此在按順序分開(kāi)張拉的情況下對(duì)墩身有利。

所以先進(jìn)行中跨系桿張拉再邊跨系桿張拉，能夠減少主橋結(jié)構(gòu)所受的內(nèi)力，并且也大大減少了墩身所受的水平推力。

5 結(jié)論

1、通過(guò)把主縱梁當(dāng)作系桿，對(duì)結(jié)構(gòu)系桿

施加預(yù)壓力，從而抵消了結(jié)構(gòu)在恒載作用下產(chǎn)生的水平推力。此措施使中墩的水平推力大幅減少，為中墩的設(shè)計(jì)提供了很大的方便。

2、通過(guò)調(diào)整張拉的次數(shù)和橋面板加載的順序，能夠減少主橋結(jié)構(gòu)所受的內(nèi)力，并且也大大的減少了墩身所受的水平推力。

3、先進(jìn)行中跨系桿張拉再邊跨系桿張拉，能夠減少主橋結(jié)構(gòu)所受的內(nèi)力，并且也大大的減少了墩身所受的水平推力。

參考文獻(xiàn)

[1]聶云靖.在役鋼—混凝土組合橋面系中承式吊桿拱橋健康監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].太原：太原理工大學(xué).2013.

[2]李甲丁，馬德才，楊晨霞，等.洛陽(yáng)瀛洲大橋中承式系桿拱橋施工監(jiān)控[J].中外公路，2010，30（5）.

李典豪，（1986-），男，湖南邵陽(yáng)人，碩士，主要從事橋梁養(yǎng)護(hù)管理工作。