李典豪　付雷

【摘要】廣州增城大橋采用飛燕式，無橫撐外加斜靠拱的設計，主跨為（30+100+30）m，系桿采用鋼箱的剛性系桿，并進行張拉，以此來平衡墩底的水平推力，采用空間有限元模型詳細計算分析了系桿張拉次數(shù)及張拉順序對拱橋結構受力的影響，得到了較優(yōu)的施工方法，對此類橋梁施工具有較大的參考價值。

【關鍵詞】飛燕式；斜靠拱橋；系桿；內(nèi)力；水平推力；

1 方案概況

廣州增城大橋主橋為中承式系桿拱橋，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，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程中的受力特性，計算模型采用空間桿系有限元程序對全橋進行模擬，有限元模型中主拱、斜靠拱、主梁、橫梁、橫撐采用空間梁單元模擬；吊桿以采用空間桿單元模擬；按照實際情況模擬支座位置約束，全橋有限元模型見圖2。

3 系桿張拉次數(shù)方案優(yōu)化研究

3.1 方案設計

根據(jù)設計提出的施工方案，系桿張拉設計了三種方法，采用其中最優(yōu)化的方法進行張拉。

方法1、主縱梁合攏時，中跨和邊跨系桿一次性張拉完成；

方法2、主縱梁合攏時中跨系桿一次張拉完成，此時邊跨系桿張拉到800t，等到橋面板鋪裝全部完成后，進行邊跨系桿第二次張拉到1300t；（設計提供）

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

3.2 結構分析計算

對三種張拉方法分別進行結構計算，得到了主拱、主縱梁、邊拱、等構件的控制截面在不同施工階段下所受的最大內(nèi)力值，見圖3～6。

內(nèi)力計算結果表明：

1、在恒載和活載的綜合作用下，主拱圈的各個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為770.8kN/m，在二次張拉時為683kN/m，在三次張拉時為588kN/m，因此，在分三次次張拉時對主拱圈產(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 方案設計

根據(jù)設計要求，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間上有個先后順序。因此我們通過計算它們同一時間進行張拉與先進行中跨系桿張拉再邊跨系桿張拉對主橋結構的影響的對比來選擇張拉的方案。

4.2 結構分析計算

對由兩種方案分別進行結構計算，得到了主拱、主縱梁、邊拱、等構件的控制截面在不同施工階段下所受的最大內(nèi)力值，見圖7～10。

內(nèi)力計算結果表明：

1、在恒載和活載的作用下，主拱圈的各個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，但最大剪力在同時張拉時為-3863kN，在分開張拉時為-2845kN。因此，在分開張拉時對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，但分開張拉對主縱梁產(chǎn)生的最大剪力比同時張拉的要較大，而分開張拉對主縱梁產(chǎn)生的彎矩比同時張拉對主縱梁產(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、對于墩的水平反力而言，在同時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。因此在按順序分開張拉的情況下對墩身有利。

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

5 結論

1、通過把主縱梁當作系桿，對結構系桿

施加預壓力，從而抵消了結構在恒載作用下產(chǎn)生的水平推力。此措施使中墩的水平推力大幅減少，為中墩的設計提供了很大的方便。

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

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

參考文獻

[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)測關鍵技術研究[D].太原：太原理工大學.2013.

[2]李甲丁，馬德才，楊晨霞，等.洛陽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，湖南邵陽人，碩士，主要從事橋梁養(yǎng)護管理工作。