SRC截面勁性骨架系桿拱橋初探

羅 實(shí) 王微嘉 毛 亮

(中鐵二院成都勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，四川 成都 610081)

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SRC截面勁性骨架系桿拱橋初探

羅 實(shí) 王微嘉 毛 亮

(中鐵二院成都勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，四川 成都 610081)

結(jié)合梅溪河特大橋工程實(shí)例，研究了無(wú)支架法施工勁性骨架系桿拱橋的可行性，通過(guò)計(jì)算骨架、拱肋的變形及應(yīng)力狀態(tài)，分析了系桿拱橋的結(jié)構(gòu)受力情況，指出對(duì)拱肋進(jìn)行配重和設(shè)置少量預(yù)應(yīng)力鋼束，可消除混凝土收縮徐變對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響。

SRC梁，勁性骨架，系桿拱橋，應(yīng)力

0 引言

SRC梁及預(yù)彎組合梁于20世紀(jì)40年代末由比利時(shí)工程師利普斯基首次提出，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展已廣泛應(yīng)用于房屋建筑、公路鐵路橋梁領(lǐng)域。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用研究情況，SRC梁及預(yù)彎組合梁的最大跨徑的適用范圍控制在60 m以?xún)?nèi)，為了擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，為在復(fù)雜地質(zhì)、交通等外部控制因素較多的條件下建橋提供更多的橋梁解決方案，我們結(jié)合廣梅汕鐵路橋梁的現(xiàn)場(chǎng)情況，開(kāi)展了SRC梁及預(yù)彎組合梁橋在系桿拱橋的應(yīng)用研究，本文重點(diǎn)研究并提出在施工階段合理配重改善勁性骨架系桿拱橋的受力狀態(tài)。

1 工程概況

梅溪河特大橋所遇控制條件，在工程設(shè)計(jì)中所遇頻率越來(lái)越高，解決方案常不盡人意。在20世紀(jì)，鐵道部專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)院等單位曾對(duì)SRC梁做了初步研究，但其思路局限于簡(jiǎn)支梁或者連續(xù)梁，跨度均較小，且其澆筑混凝土模板均依賴(lài)于支架?；谶@兩類(lèi)常見(jiàn)的控制條件，我們結(jié)合前期相關(guān)單位的設(shè)計(jì)研究情況，提出了無(wú)支架施工勁性骨架系桿拱橋，橋型布置圖見(jiàn)圖1。

2 梁體構(gòu)造簡(jiǎn)介

梁體縱向支點(diǎn)間距68 m，梁體長(zhǎng)度70.4 m。系梁采用勁性骨架外包混凝土，單箱單室箱形截面，高度2.8 m，肋寬192 cm，縱梁頂板厚度為40 cm，底板厚度為40 cm；腹板厚度采用35 cm；縱梁兩側(cè)懸臂長(zhǎng)度為18.5 cm。懸臂端部厚度35 cm。梁體縱向設(shè)置體內(nèi)預(yù)應(yīng)力和體外預(yù)應(yīng)力；橋面結(jié)構(gòu)采用縱橫梁體系、整體橋面板，以提高結(jié)構(gòu)的整體剛度；拱肋設(shè)置于系梁上方，采用等高度啞鈴型截面鋼管混凝土截面，兩道拱肋間采用空心鋼管組成的一道“米”字形橫撐和兩道“K”形橫撐實(shí)現(xiàn)橫向連接。吊桿采用平行鋼絲成品吊桿，全橋共22根，縱向間距為5 m，端吊桿到支承線距離為9.0 m。橋梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面見(jiàn)圖2。

3 施工方法

梁部施工采取臨時(shí)支墩施工勁性骨架系桿拱橋，首先在工廠分節(jié)段制造勁性骨架等鋼結(jié)構(gòu)，并在現(xiàn)場(chǎng)拼接形成拱座骨架和系梁骨架，通過(guò)吊機(jī)將拱座骨架吊裝至橋墩臨時(shí)支座，然后吊裝系梁骨架與拱座骨架拼接，繼而以縱梁骨架為平臺(tái)架設(shè)鋼管拱肋，形成鋼骨架系桿拱橋，并以骨架作為模板支撐按先拱后梁的順序澆筑混凝土，在澆筑梁體混凝土之前可根椐受力需要，對(duì)吊桿進(jìn)行初張拉，以使全橋受力更為合理、均勻，最后張拉系梁體外鋼束和體內(nèi)鋼束。

4 無(wú)支架法施工勁性骨架系桿拱橋初探

梁部施工主要經(jīng)過(guò)四個(gè)階段：1)系桿骨架架立；2)鋼管拱肋架設(shè)、壓注鋼管混凝土和安裝吊桿；3)外包梁體混凝土；4)施工橋面系。其中第一、二階段主要通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)的工廠加工、輕型、易安裝特性形成簡(jiǎn)易鋼結(jié)構(gòu)系桿拱橋，后兩階段通過(guò)壓注和外包混凝土提高結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度，以達(dá)到使用性能。因此橋梁設(shè)計(jì)、施工的核心和關(guān)鍵在于以下兩個(gè)方面：1)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)換過(guò)程中骨架是否能起到支撐和自身穩(wěn)定作用；2)如何消除成橋后混凝土材料收縮徐變受鋼結(jié)構(gòu)約束產(chǎn)生的拉應(yīng)力。為了研究骨架在整個(gè)施工過(guò)程和運(yùn)營(yíng)階段是否滿(mǎn)足需求，根據(jù)構(gòu)造建立了全橋模型并模擬了各施工階段，其計(jì)算結(jié)果如表1所示。

通過(guò)分析表1：在形成簡(jiǎn)易鋼系桿拱橋之前系桿骨架的最大應(yīng)力為129 MPa，最小應(yīng)力為-165 MPa；最大位移為341 mm；拱肋的最大應(yīng)力為41 MPa，最小應(yīng)力為-47 MPa；最大位移為103 mm；在外包混凝土階段系桿骨架的最大應(yīng)力為167 MPa,最小應(yīng)力為-81 MPa；最大位移為281 mm；拱肋的最大應(yīng)力為104 MPa，最小應(yīng)力為-195 MPa；最大位移為254 mm。因此整個(gè)施工階段均在材料的容許范圍之內(nèi)。

表1 橋梁施工階段計(jì)算結(jié)果表

鋼—混凝土兩種不同介質(zhì)的材料組合成混合截面后，混凝土材料隨時(shí)間將發(fā)生收縮和徐變，相當(dāng)于混凝土材料部分降溫，也相當(dāng)于鋼結(jié)構(gòu)材料部分進(jìn)行升溫，這樣將會(huì)在混凝土部分和鋼梁部分之間產(chǎn)生交互作用力，使得混凝土處于受拉狀態(tài)，鋼梁處于受壓狀態(tài)。

收縮和徐變的發(fā)生對(duì)梁體將產(chǎn)生不利的影響，圖3列出了在完成了二期恒載后，并進(jìn)行吊索第二次張拉調(diào)整索力時(shí)的梁體應(yīng)力狀態(tài)，梁體全斷面處于受壓狀態(tài)，圖4列出了成橋3年后梁體混凝土應(yīng)力狀態(tài)，梁體混凝土處于全斷面較小壓應(yīng)力狀態(tài)。

通過(guò)比較分析，收縮和徐變產(chǎn)生梁體混凝土拉應(yīng)力約為2.2 MPa。收縮和徐變是混凝土材料的自身特性，為了消除其對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，擬通過(guò)結(jié)構(gòu)及外部措施抵抗收縮和徐變產(chǎn)生梁體混凝土拉應(yīng)力。方案一：通過(guò)在梁體混凝土澆筑前，為拱肋配增適當(dāng)?shù)闹亓?，以增大梁體鋼結(jié)構(gòu)的拉力，在澆筑梁體混凝土后釋放拱

肋配重，使梁體混凝土得到適當(dāng)?shù)念A(yù)壓力，詳見(jiàn)圖5；方案二：在梁體內(nèi)增設(shè)適量的預(yù)應(yīng)力鋼束，使梁體混凝土在運(yùn)營(yíng)階段處于受壓狀態(tài)。方案一的實(shí)施是在不增加工程量的情況下進(jìn)行的，并在不改變拱肋和梁體鋼結(jié)構(gòu)尺寸的情況下，可為梁體提供一定量的壓力(提供的量有限)，方案二是在增加鋼絞線的工程數(shù)量條件下進(jìn)行的。通過(guò)計(jì)算分析，在單線條件下，方案一的采取可以使結(jié)構(gòu)受力處于規(guī)范的限制內(nèi)，在雙線條件下，由于活載使梁體產(chǎn)生的拉應(yīng)力較大，僅采用方案一措施不足以滿(mǎn)足規(guī)范要求，需同時(shí)采用方案一和方案二。通過(guò)上述方法可以較好地克服混凝土收縮和徐變給結(jié)構(gòu)帶來(lái)的不利影響。

當(dāng)然消除非收縮和徐變產(chǎn)生梁體混凝土拉應(yīng)力的方法還很多，例如：混凝土澆筑順序的優(yōu)化、梁體混凝土采用微膨脹混凝土等，在這里就不一一論述。

5 結(jié)語(yǔ)

1)各階段計(jì)算分析表明,無(wú)支架法施工勁性骨架系桿拱橋在整個(gè)施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)均處于安全可控狀態(tài)，可成為在復(fù)雜地質(zhì)、交通等外部控制因素較多的條件下建橋的一種新型橋梁解決方案。2)鋼混組合系桿拱橋，由于混凝土自身的收縮和徐變產(chǎn)生對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響，通過(guò)對(duì)拱肋進(jìn)行配重(施加免費(fèi)預(yù)應(yīng)力)和配置少量的系梁預(yù)應(yīng)力鋼束即可使混凝土材料處于較合理壓應(yīng)力水平，滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)階段要求。

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Discussion on the tied arch bridge of SRC cross section stiff skeleton

Luo Shi Wang Weijia Mao Liang

(ChengduSurveyandDesignInstituteLimitedLiabilityCompany,ChinaRailwaySecondInstitute,Chengdu610081,China)

Combining with the Meixi river extra-large bridge engineering as an example, this paper researched the feasibility of non-support method construction of stiff skeleton tied arch bridge, through the calculation of skeleton, arch rib deformation and stress state, analyzed the structure stress situation of tied arch bridge, pointed out that made additional weight to arch rib and set up small amount of pre-stressed steel beam could eliminate the adverse influence of concrete shrinkage and creep to structure.

SRC beam, stiff skeleton, tied arch bridge, stress

1009-6825(2016)13-0179-02

2016-02-24

羅 實(shí)(1977- )，男，工程師； 王微嘉(1972- )，男，高級(jí)工程師； 毛 亮(1969- )，男，高級(jí)工程師

U448.22

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