148m全鋼系桿拱橋架設方案研究

（四川西南交大土木工程設計有限公司，四川 成都 610031）

1 概況

通濟橋工程位于成都市天府新區(qū)雙流縣，跨越府河，連接協(xié)和上街與正西街?？卓绮贾脼?×28.5 米+148 米+28.5 米+28.94 米。主橋采用148m 下承式單跨系桿鋼拱橋，橋?qū)?0m。引橋采用預應力混凝土連續(xù)梁橋，橋?qū)?9m。線路縱斷面采用6%雙向人字坡。[1]如下圖所示：

圖1-1 橋型立面布置圖

主橋下部結(jié)構(gòu)采用蓋梁柱式墩，3 個圓柱墩上部與矩形蓋梁相連接，基礎采用樁基承臺基礎。主梁采用鋼箱梁，主梁高2.5m，在靠近主梁端部的拱粱結(jié)合段將主梁高度加高至3.5m。主梁按縱、橫梁體系設計，梁頂面寬30m，兩側(cè)各設3.5m 懸臂，左右兩片縱梁采用箱形截面，各寬2m，中心距21.0m。橫梁橫梁采用“工”字型截面，縱橋向間距3.0m。拱肋采用箱形截面，拱肋寬2m，兩片拱中心距21m，中間設三道橫梁連接。吊桿間距9m。

圖1-2 橫斷面布置圖

2 施工方案分析

鋼拱橋通常采用整體安裝或節(jié)段拼裝法施工。該橋主橋跨度148m，橋面寬30m。若采用整體吊裝或轉(zhuǎn)體施工，需架設纜索吊機等大型設施。但施工場地有限，無足夠場地安裝吊裝設施。并且，整體安裝施工難度大，經(jīng)濟成本高。所以，該橋不宜采用整體安裝或節(jié)段吊裝法施工。

由于主橋為下承式系桿拱橋，主梁和拱肋均為鋼結(jié)構(gòu)，整體重量較輕，可分節(jié)段在工廠進行預制。因此，該橋考慮采用支架法節(jié)段拼裝施工。該橋橫跨河道，若采用滿堂支架需對河道斷流并平整硬化場地，實施過程復雜且不經(jīng)濟，因此選擇采用鋼管支架作為拼裝支架較為合理。同時，由于搭設支架平臺較為便利，可選擇先梁后拱的施工順序。

3 施工方案設計

3.1 支架基礎

臨時樁基采用鋼筋混凝土樁。主墩之間橫橋向布置三排，間距10.5m，順橋向布置十二排，最大間距18m，最小間距3m。樁基樁徑1.2m，樁長20m，樁頂標高與主墩承臺頂標高一致。樁基平面布置圖如下：

圖3-1 支架基礎平面布置圖

每根樁基上安裝一根φ630×14 的鋼管作為立柱，長度根據(jù)現(xiàn)場實際情況適當調(diào)整。橫橋向在鋼管距頂部0.5m 處設置橫向聯(lián)接系，高度1.5m。橫向聯(lián)接系橫桿采用I25 工字鋼，豎桿和斜撐采用匚16 槽鋼。[2]

3.2 主梁拼裝支架

支架系統(tǒng)由貝雷梁+型鋼拼裝而成，結(jié)構(gòu)布置圖如下。[3]

圖3-2 主梁支架圖

3.3 拱肋拼裝支架

3.3.1 主梁拼裝完成后再在主梁上搭設拱肋拼裝支架。

3.3.2 首先在主梁上鋪設HW400×400 型鋼分配梁，再在其上方安裝ф 325×8 鋼管立柱。鋼管立柱上安裝HM294×200 型鋼分配橫梁。

3.3.3 鋼管立柱之間采用ф186×6 鋼管作為橫向聯(lián)結(jié)和斜撐。

圖3-3 拱肋支架

圖3-4 拼裝支架總體布置圖

4 支架結(jié)構(gòu)計算

4.1 計算荷載

支架系統(tǒng)主要承受主梁、拱肋及上部支架荷載。其中，主梁重17360KN，拱肋重8449KN，上部支架重2000KN，合計27809KN。

4.2 支架主要受力構(gòu)件計算

取一片貝雷梁半跨進行計算，跨度為15×2+3+18+15+3m，建立有限元模型。

圖4-1 貝雷梁有限元模型

貝雷梁豎桿最大內(nèi)力為N 立=144.3KN，貝雷梁豎桿允許最大承載力[4]為[N 立]=210KN，N 立＜[N 立]，滿足要求。

貝雷梁上弦桿最大內(nèi)力為N 弦=247.5KN，下弦桿最大內(nèi)力為N 弦=314.5KN，貝雷梁弦桿允許最大承載力[4]為[N 弦]=560KN，N 弦＜[N 弦]，滿足要求。

貝雷梁斜桿最大內(nèi)力為N 斜=100.3KN，貝雷梁弦桿允許最大承載力[4]為[N 斜]=171KN，N 斜＜[N 斜]，滿足要求。

貝雷梁最大支反力R=269.3KN。

橫向分配梁為3I56工字鋼。單排貝雷梁作用于一根工字鋼上的力為269.3 KN÷3=89.8KN，建立計算模型計算結(jié)果如下：

工字鋼下分配梁最大彎矩為382.6 KN.m，工字鋼規(guī)格為I56b，

截面模量 Wx=2447cm3=0.002447m3，

工字鋼應力為：σ=382.6 KN.m÷0.002447 m3=156.4 MPa，滿足要求[5]。

單根鋼管立柱最大受力2502KN，鋼管規(guī)格為φ63×14，其截面面積為：

A=（3152-3012）×3.14=27079 mm2=0.027079 m2

鋼管應力為：σ=2502 KN÷0.027079 m2=92.4 MPa

鋼管應力滿足要求[5]。

4.3 鋼主梁線型調(diào)整支架受力計算

采用Midas-civil 軟件建模分析，模型如下圖所示：

圖4-2 線型調(diào)整支架有限元模型

立柱與貝雷平臺剛性連接，XYZ=111，Rxyz=1111。

計算結(jié)果：

（1）縱聯(lián)與貝雷平臺橫向分配梁固定位置豎向反力：109.94KN

（2）位移：X=0.13mm，Y=-0.01，Z=-0.48mm，均小于L/400=2600/400=6.5mm 滿足規(guī)范[5]要求。

（3）最大組合應力：-24.73Mpa，滿足《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》[5]“設計指標”中有關(guān)材料強度的要求。

（4）屈曲模態(tài)（一階臨界載荷系數(shù)）為39.78，滿足要求。

5 結(jié)論

拱橋施工方案選擇要因地制宜，結(jié)合自身結(jié)構(gòu)形式，選擇合理經(jīng)濟的方案。通濟橋工程選擇鋼管支架預制拼裝方案，符合橋位地形環(huán)境，能保證拱、梁結(jié)構(gòu)線型，使成橋狀態(tài)結(jié)構(gòu)合理，同時支架結(jié)構(gòu)可靠合理，是該橋施工方案的優(yōu)先選擇，對同類型橋梁的施工具有一定的參考價值。