掛籃懸澆拱橋1#拱圈支架體系受力轉(zhuǎn)換研究

楊 林

（中交一公局第四工程有限公司，廣西 南寧 530000）

1 工程概況

馬蹄河特大橋的橋跨布置為2×30m預(yù)制T梁+凈跨180m主拱（拱上跨度195m，為15×13m空心板）+2×30m預(yù)制T梁，全橋長327.595m，如圖1所示。主橋為鋼筋混凝土箱形拱橋，凈跨徑180m，凈矢高32m，凈矢跨比1/5.625，拱軸系數(shù)1.988，為等高截面懸鏈線拱，采用掛籃懸臂澆筑法施工。整個拱箱分29個節(jié)段施工，其中兩岸各設(shè)一個拱腳現(xiàn)澆段，拱頂設(shè)一個吊架澆筑合攏段，其余26個節(jié)段均為掛籃懸臂澆筑。

圖1 馬蹄河特大橋橋型布置圖（單位：cm）

拱圈第一節(jié)段采用斜拉支架現(xiàn)澆施工，第一節(jié)段拱圈長10.284m，寬7.5m，高3.3m，單箱雙室結(jié)構(gòu)，采用C50混凝土，方量為155.9m3，質(zhì)量為405.4t。

拱圈第一節(jié)段支架采用交界墩墩柱作塔柱，精軋螺紋鋼筋和低松弛鋼絞線作為拉索，形成簡易“斜拉橋”的方式進(jìn)行懸澆，為保證墩柱的受力平衡，對交界墩柱進(jìn)行反拉。在施工2#節(jié)段拱圈之前，必須將第一節(jié)段拱圈通過扣錨索錨固于交界墩上面的錨箱上，以便拆除第一節(jié)段拱圈的斜拉支架，同時留出掛籃拼裝的施工作業(yè)空間。這就需要進(jìn)行體系受力轉(zhuǎn)換，將斜拉支架上的拱圈質(zhì)量有效地轉(zhuǎn)換到扣索鋼絞線上，從而保證拱圈的穩(wěn)定和安全，受力體系轉(zhuǎn)換如圖2所示。

2 體系轉(zhuǎn)換的難點(diǎn)

在拱圈的懸澆支架中，斜拉的精軋螺紋鋼筋穿過拱圈腹板錨固于支架的縱向“H”型鋼上，精軋螺紋鋼筋上端錨固于墩柱上。而穿過拱圈的部位已與混凝土連成一個整體，在體系轉(zhuǎn)換過程中，如果扣錨索初拉力過大，會導(dǎo)致拱圈上升過程受到精軋螺紋鋼筋的阻力而無法提升，使拱圈底面拉應(yīng)力過大而出現(xiàn)裂縫；如果扣錨索初拉力過小，又無法將1#節(jié)段拱圈與支架脫離。因此給扣錨索施加一個合適的初拉力，才能保證扣索的索力有效地施加到拱圈上，從而使斜拉支架不再承受拱圈的質(zhì)量，同時保證拱腳處底面的拉應(yīng)力、墩柱偏位不超過規(guī)范值，這是整個體系轉(zhuǎn)換過程成敗的關(guān)鍵，而有效地給扣錨索施加一個合適的初拉力是整體體系轉(zhuǎn)換的難點(diǎn)。另外，扣錨索的初拉力的有效施加受較多因素影響，主要有以下因素：

（1）拱圈節(jié)段底部距離拱座2m長度為直線，剩下8.284m為弧形，拱圈標(biāo)高提高時存在部分質(zhì)量為支架承受，但計算初應(yīng)力取值時按全部1#節(jié)段質(zhì)量考慮；

（2）1#節(jié)段拱圈標(biāo)高提高時，精軋螺紋鋼筋會承受內(nèi)支撐力，導(dǎo)致扣索施加初應(yīng)力與計算有偏差。在體系受力轉(zhuǎn)換過程中，消除這些影響因素是轉(zhuǎn)換成敗的控制點(diǎn)。

3 初拉力的確定

圖2 受力體系轉(zhuǎn)換示意圖

為給扣錨索確定一個合適的初拉力，就要保證給扣錨索施加初拉力時拱圈前段有上升趨勢，即標(biāo)高提高。拱圈底混凝土與斜拉支架脫離，拱腳處底面出現(xiàn)拉應(yīng)力解決節(jié)段質(zhì)量不準(zhǔn)確的影響因素?，F(xiàn)采用Midas/Civil對支架體系轉(zhuǎn)換的受力狀況進(jìn)行分析，從而確定扣錨索的初拉力大小，如圖3、圖4所示。

圖3 Midas/CiviI模型

通過數(shù)據(jù)的反復(fù)代入，確定初拉力如表1所示。

表1 理論計算數(shù)據(jù)表

扣索初拉力為556kN，錨索初拉力為308kN，這時拱圈頂面標(biāo)高提高0.01mm，拱腳底面出現(xiàn)拉應(yīng)力0.2MPa，說明初拉力已有效地施加到拱圈上，且滿足拱圈底部拉應(yīng)力在允許范圍之內(nèi)，不會出現(xiàn)裂縫。

4 體系受力轉(zhuǎn)換的實施

圖4 初拉力應(yīng)力偏位情況

為了有效地將初拉力加載至拱圈上，保證扣錨索與斜拉支架體系的有效轉(zhuǎn)換，分2次對扣錨索施加拉力，第一次為10%扣錨索拉力，停頓5min，再施加拉力至40%扣錨索拉力。嚴(yán)格按照以下步驟進(jìn)行，可以解決精軋螺紋鋼筋承受內(nèi)支撐力的問題。

（1）將1#節(jié)段扣索（24根）、錨索（15根）進(jìn)行單端擠壓P錨，并穿入現(xiàn)澆段混凝土和錨箱中，并對單根鋼絞線進(jìn)行預(yù)緊，使鋼絞線受力繃緊。

（2）對兩個錨箱的扣錨索進(jìn)行對稱張拉至10%扣錨索初拉力，即扣索139kN，錨索77kN；停頓5min，再施加拉力至40%扣錨索拉力，即扣索556kN，錨索308kN。

（3）先擰除T1、T2、T3、T4（從拱圈前端向拱腳開始）精扎螺紋鋼筋拱圈底面的螺母，再割除拱圈底面的精扎螺紋鋼筋，拆除螺母和割除精扎螺紋鋼筋必須對稱進(jìn)行（先中間，后兩邊）。擰除墩柱錨固點(diǎn)T1精扎螺紋鋼筋的螺母，在拱圈頂部割斷T1精扎螺紋鋼筋，對稱拆除T1精扎螺紋鋼筋（先中間，后兩邊），再拆除背索B1（先中間，后兩邊）；T2精扎螺紋鋼筋和B2采用同樣的方式進(jìn)行拆除。

（4）對稱張拉扣錨索至100%設(shè)計力，即扣索1390kN，錨索770kN。

（5）擰除墩柱錨固點(diǎn)T3精扎螺紋鋼筋的螺母，在拱圈頂部割斷T3精扎螺紋鋼筋，對稱拆除T3精扎螺紋鋼筋（先中間，后兩邊）；T4精扎螺紋鋼筋采用同T3的方式進(jìn)行拆除。

在整個體系轉(zhuǎn)換過程中，做好墩頂偏位、墩底應(yīng)力、拱腳應(yīng)力、拱圈前端標(biāo)高的監(jiān)測，于2014年8月6日成功完成拱圈1#節(jié)段體系受力轉(zhuǎn)換，如圖5、圖6所示。

圖5 受力體系轉(zhuǎn)換前

圖6 受力體系轉(zhuǎn)換后

5 監(jiān)控量測

在體系轉(zhuǎn)換過程中，采用全站儀、水準(zhǔn)儀、正弦式應(yīng)變計對墩柱偏位、拱圈頂面標(biāo)高、應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測，采集數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 體系轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)收集表

通過對比表1和表2，拱腳底面拉應(yīng)力、墩底應(yīng)力、墩柱偏位均小于理論計算值，拱腳應(yīng)力為0、拱圈前端頂面標(biāo)高變化為0，主要是扣索受力過程中精軋螺紋鋼筋承受內(nèi)支撐所致，如圖7、圖8所示。通過對扣錨索索力監(jiān)測達(dá)到設(shè)計索力，控制過程是成功的。

圖7 拱圈拱腳截面應(yīng)力應(yīng)變測點(diǎn)布置圖（單位：cm）

圖8 墩柱墩底應(yīng)力測點(diǎn)布置圖

6 結(jié)束語

馬蹄河特大橋是國內(nèi)首次采用斜拉支架進(jìn)行懸澆1#節(jié)段的拱橋，也是首次進(jìn)行斜拉支架（精軋螺紋鋼筋+三角托架組合）受力向扣錨索受力的體系轉(zhuǎn)換，開創(chuàng)性地實現(xiàn)了剛性受力系統(tǒng)向柔性受力系統(tǒng)的成功轉(zhuǎn)換，為以后其他橋梁中類似剛性支架向柔性拉索轉(zhuǎn)換提供了參考經(jīng)驗，同時也為支架結(jié)構(gòu)類型開辟了新的思路。