趙慶賀

(煙臺(tái)大學(xué)，山東 煙臺(tái) 264003)

1 工程簡(jiǎn)介

本拱橋設(shè)計(jì)樁號(hào)范圍為DK423+190.560～DK423+321.260，總體布置：跨徑128m，全長 132m。系梁按整體箱形梁布置，采用單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面，橋面箱寬19m，梁高2.5m。底板厚度為30cm，頂板厚度30cm，邊腹板厚度為35cm，中腹板厚度為30cm。底板在外側(cè)3.0m范圍內(nèi)上抬0.5m。吊點(diǎn)處設(shè)橫梁，橫梁厚度0.4～0.6m。拱腳位置處系梁順橋向8m范圍內(nèi)設(shè)成實(shí)體段，橫橋向?qū)挾扔?9.0m增至20.0m，截面漸變處設(shè)倒角或過渡段。

2 支架設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

根據(jù)立體交叉公路通行要求及現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件，經(jīng)方案比選后，確定系桿拱橋主體采用加強(qiáng)型貝雷梁式支架平臺(tái)、鋼管立柱式結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)和混凝土鉆孔樁基礎(chǔ)。

2.2 支架設(shè)計(jì)方案

系桿拱橋主梁支架采用加強(qiáng)型貝雷梁式結(jié)構(gòu)，支架布置方式自上而下為：1.5cm厚竹膠板→8.5cm×8.5cm縱向方木→I12.6工字鋼橫梁→盤扣架→I16工字鋼橫梁→貝雷片(單排單層上下弦桿加強(qiáng)型)→雙拼HN700×300/13/24工字鋼橫擔(dān)→鋼管立柱→鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)→鉆孔樁基礎(chǔ)。縱向方木間距在中腹板、邊腹板和實(shí)心段處滿鋪，其余間距按20cm布置。I12.6工字鋼橫梁間距在橫隔板和拱腳實(shí)心段處為60cm，其余均為90cm。盤扣架立桿縱向間距在橫隔板和拱腳實(shí)心段處為60cm，其余均為90cm；立桿橫向間距為60cm、90cm、120cm；盤扣架水平桿步距為100cm。I16工字鋼橫梁間距在橫隔板和拱腳實(shí)心段處為60cm，其余均為90cm。貝雷片按22.5cm或45cm的間距布置。1#、2#、7#～10#鋼管立柱選用φ609mm鋼管，3#～6#鋼管立柱選用φ800mm鋼管；3#、5#鋼管立柱橫向間距為2.3m，10#鋼管立柱橫向間距為2m和1.5m，其余鋼管立柱橫向間距均為3m；采用16#槽鋼剪刀撐連接，鋼管立柱底在基礎(chǔ)頂預(yù)埋1.6cm厚鋼板，基礎(chǔ)內(nèi)配置鋼筋，施工前進(jìn)行預(yù)壓。3#、5#、6#條形基礎(chǔ)尺寸為3.0m×1.2m，其余條形基礎(chǔ)尺寸為2.5m×1.2m。鉆孔樁直徑為1.25m。

拱肋支架布置方式為：Z6支架上方橫擔(dān)采用三拼I36a工字鋼，其余均采用雙拼I36a工字鋼。支架全部采用φ529mm鋼管。拱肋采用分段式安裝，在兩段拱肋拼裝處布置兩排鋼管(4根鋼管)，每組鋼管支架的4根鋼管中，相鄰兩根鋼管橫向間距為2.0m，縱向間距為2.0m或7.5m。在橋面板與底板之間設(shè)置粗鋼管傳遞荷載，考慮橋面板與底板共同受力。鋼管立柱在縱向及橫向設(shè)置22#槽鋼連接系；鋼管立柱底在基礎(chǔ)頂預(yù)埋1.6cm厚鋼板。系桿拱橋支架立面及斷面示意圖分別如圖1和圖2所示。

(a)系桿拱橋主梁支架立面示意圖

(b)拱肋支架立面示意圖圖1 支架立面示意圖

圖2 支架斷面示意圖

3 施工支架檢算

3.1 支架檢算模型

采用Midas Civil建立系桿拱橋現(xiàn)澆支架有限元模型，對(duì)現(xiàn)澆支架結(jié)構(gòu)受力情況進(jìn)行分析。支架有限元模型單元類型采用梁?jiǎn)卧?，根?jù)主梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及實(shí)際施工情況，拱橋主梁模型共劃分為139852個(gè)節(jié)點(diǎn)、175364個(gè)單元；拱肋支架模型共劃分為318個(gè)節(jié)點(diǎn)、377個(gè)單元。貝雷梁承擔(dān)主梁上部結(jié)構(gòu)傳遞的荷載，包括主梁自重、支架、施工人員、堆載荷載。采用Midas/Civil建立I16工字鋼橫梁、貝雷梁組成的空間整體模型，構(gòu)件均采用梁?jiǎn)卧M。

I16工字鋼采用Q235鋼材，貝雷梁采用16Mn鋼材。貝雷梁需要在支撐位置采用雙拼10#槽鋼對(duì)豎桿進(jìn)行加強(qiáng)。在兩片貝雷片連接位置釋放梁?jiǎn)卧獃-y方向旋轉(zhuǎn)自由度。I16工字鋼橫梁與貝雷梁之間的連接采用彈性連接中的一般連接，取多點(diǎn)支撐的連續(xù)梁體系作為整體的計(jì)算圖示，計(jì)算全部澆筑完成工況下構(gòu)件的受力。拱橋主梁支架有限元模型如圖3所示。

圖3 拱橋主梁支架有限元模型

3.2 材料參數(shù)

加強(qiáng)貝雷梁采用16Mn鋼材，其抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[σ]=310MPa，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[τ]=180MPa；其他鋼材采用Q235鋼材，其抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[σ]=215MPa，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[τ]=125MPa。

3.3 荷載取值

混凝土容重取為26kN/m3，模板和支架荷載取為1kN/m2，施工人員、堆放荷載取為1kN/m2，傾倒混凝土沖擊荷載取為2kN/m2，振搗混凝土產(chǎn)生的荷載取為2kN/m2。

支架強(qiáng)度荷載組合：1.2×(箱梁自重+模板、支架自重)+1.4×(施工人員、材料及施工機(jī)具荷載+傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載+振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊荷載)(kPa)。

支架剛度荷載組合：1.0×(箱梁自重+模板、支架自重)+1.0×(施工人員、材料及施工機(jī)具荷載+傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載+振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊荷載)(kPa)

3.4 支架計(jì)算結(jié)果

3.4.1 支架強(qiáng)度計(jì)算

支架強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 支架最大彎曲應(yīng)力計(jì)算結(jié)果(單位：MPa)

3.4.2 支架剛度計(jì)算

從有限元分析結(jié)果可以看出，拱橋主梁貝雷梁支架最大豎向位移SF1=25.1mm，拱肋支架最大豎向位移SF2=3.9mm。由于SF1

圖4 主梁貝雷梁有限元模型豎向位移

圖5 拱肋支架有限元模型豎向位移

4 結(jié) 論

(1)綜合考慮拱橋主梁現(xiàn)澆的不同荷載組合，經(jīng)有限元軟件分析和計(jì)算，加強(qiáng)型貝雷梁式支架滿足規(guī)范的強(qiáng)度、剛度及整體穩(wěn)定性要求。

(2)新建鐵路贛州至深圳鳳凰互通特大橋支架設(shè)計(jì)，成功地為該工程跨公路現(xiàn)澆梁施工提供了解決方案。