劉祥 伍華剛 張智

摘要：文章采用Midas有限元軟件，對雙飛翼中承式復(fù)式鋼箱拱橋的支架體系進行驗證，在考慮超長跨越段、交叉段、風(fēng)荷載等因素的作用下，從剛度、強度以及穩(wěn)定性等方面對支架體系進行了分析。結(jié)果表明，烏蘭木倫河3號橋的支架體系具有較高的安全系數(shù)，可滿足正常施工的需求。

關(guān)鍵詞：Mdas;支架體系;強度;穩(wěn)定性

中圖分類號：U443.2文獻標識碼：ADOI：10.13282/j.cnki.wccst.2021.01.001

文章編號：1673-4874（2021）01-0001-04

0引言

雙飛翼中承式復(fù)式鋼箱拱橋通過吊桿將外傾主拱與內(nèi)傾副拱進行連接，造型新穎靈動，別具一格[1-2]。但除拱肋自身傾斜外，還存在著交叉段的情況，因此相對于常規(guī)纜索吊裝、轉(zhuǎn)體施工等方法，采用支架法進行拱肋安裝具有施工快、成本低、安全性高等優(yōu)勢。支架體系的剛度、強度以及穩(wěn)定性決定著施工過程的安全和質(zhì)量[3-4]。本文以烏蘭木倫河3號橋為例，運用Midas有限元軟件對支架體系進行受力計算，通過對超長跨越段、交叉段以及百年一遇風(fēng)荷載的計算[5-6]，論證支架法施工的安全性和可靠性，為該類型工程提供寶貴的經(jīng)驗。

1工程概況

烏蘭木倫河3號橋是國內(nèi)首座雙飛翼城市景觀特大橋梁，跨徑布置為（5+74+200+ 64+5）m，屬中承式復(fù)式鋼箱拱橋。鋼箱梁跨度為348m，橋面為1.68%的單向縱坡段，1.5%的雙向橫坡，高度為3.5m，變截面寬度為42～65m。主拱結(jié)構(gòu)為飛翼式鋼箱拱，向道路中心線外傾17°，跨度為200m，截面高3m，寬4m，采用曲形曲做，面內(nèi)矢高為75m。副拱結(jié)構(gòu)為內(nèi)傾式鋼箱拱，向道路中心線內(nèi)傾45杜，兩側(cè)副拱跨度分別為326m、330m，標準段尺寸高寬均為2.0m，變截面段尺寸高為2.0～3.0m，寬為2.0～3.0m，面內(nèi)矢高為35m。本橋設(shè)置23對吊桿，其中主拱與鋼箱梁間設(shè)置17對吊桿，主拱與副拱設(shè)置6對吊桿，橋面采用鋼-STC+SMA組合橋面結(jié)構(gòu)。拱肋布置如下頁圖1所示。

2支架體系介紹

拱肋支架設(shè)計分為主拱支架、副拱支架、主副拱交叉段以及主副拱橫連四部分。因主、副拱設(shè)計存在交叉，部分鋼管立柱為主、副拱支架共用。由于副拱內(nèi)傾，部分副拱支架需架立在鋼箱梁頂面。

每個拱肋節(jié)段前后端均由鋼管支架臨時墩進行支撐。非交叉段主副拱臨時墩橫橋向間距為6m，順橋向間距為3m，標準步距為4m，每4步距設(shè)置水平斜桿。交叉段支架隨拱肋具體形式而布置，每層均設(shè)置水平斜撐。部分主副拱支架間設(shè)置大橫連，共計16道。受施工現(xiàn)場條件影響，南北岸端部2～3節(jié)拱肋需整體吊裝，支架加強設(shè)計。

臨時墩立柱均采用529×9mm螺旋鋼管，橫桿及斜桿均采用180×5mm鋼管，橫聯(lián)上下弦桿采用鋼管273×6.5mm。主拱支架頂部設(shè)置雙拼63工字鋼，副拱支架頂部設(shè)置雙拼56工字鋼。鋼管支架基礎(chǔ)為樁基，樁基礎(chǔ)直徑為1.3m，混凝土強度為C30，鋼管埋入樁基2m。支架平面布置見圖2。

3支架體系受力分析

3.1材料屬性

根據(jù)設(shè)計圖紙，本橋主拱結(jié)構(gòu)對稱，副拱結(jié)構(gòu)雖不對稱，但非主控因素，因此只建立1/4主拱、副拱支架模型進行計算。采用Midas有限元軟件進行計算。支架全部采用Q235鋼材，采用容許應(yīng)力法，[σ]=145MPa，[τ]=85MPa，各構(gòu)件均采用梁單元建立。3.2邊界條件

邊界條件中支架立柱埋于樁基礎(chǔ)中，進行固結(jié)處理，約束所有平動和轉(zhuǎn)動;立柱與橫桿、斜桿均采用相貫線焊接，即剛接處理;立柱頂面和橫梁需焊接牢靠，采用剛性連接;主拱、副拱在支架上就位后，部分焊接固定在支架上，采用剛性連接。

3.3結(jié)構(gòu)自重

結(jié)構(gòu)自重中支架自重直接使用模型計算。為方便計算，主拱、副拱截面均采用標準截面，自重采取每節(jié)段添加修正荷載，保證每節(jié)段主拱、副拱重量總重不變。具體參數(shù)見表1～2。

3.4風(fēng)荷載計算

根據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTGD60-2015）4.3.8和《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范》（JTGTD60-01- 2004）4.3相關(guān)要求，對主拱、副拱、支架管施加風(fēng)荷載，最大風(fēng)荷載按百年一遇考慮。

3.5荷載工況

在施工階段，支架基本只承受主拱自重、副拱自重、支架自重以及風(fēng)荷載作用，為計算出支架強度、剛度及穩(wěn)定性趨勢，荷載組合考慮三種工況如下：

（1）工況一：全部主拱自重+全部副拱自重+支架自重。

（2）工況二：全部主拱自重+全部副拱自重+支架自重+50%（百年一遇風(fēng)荷載）。

（3）工況三：全部主拱自重+全部副拱自重+支架自重+100%（百年一遇風(fēng)荷載）。

3.6模型建立

采用Midas有限元軟件建立計算模型，各桿件均用梁單元模擬（見圖3）。

3.7計算結(jié)果

由于支架支點間距小，主拱、副拱自身結(jié)構(gòu)強大，可以判斷其無需驗算，因此只對支架進行驗算，見表3。

3.8計算結(jié)論

綜合以上計算，該支架結(jié)構(gòu)剛度、強度及穩(wěn)定性滿足要求。

4跨越段支架受力分析

副拱跨越段最大長度及重量為T1+T2+T3整體吊裝時，以此建立相應(yīng)模型，采用Midas有限元軟件進行計算。材料屬性、邊界條件、結(jié)構(gòu)自重以及風(fēng)荷載均與支架體系受力分析中一致，建立模型如圖4 所示，計算結(jié)果匯總見表4。

綜合以上計算，跨越段支架結(jié)構(gòu)剛度、強度及穩(wěn)定性滿足要求。

5結(jié)語

本文以烏蘭木倫河三號橋支架體系為例，介紹了雙飛翼中承式復(fù)式鋼箱拱橋的支架計算，得出以下結(jié)論：

（1）運用有限元軟件對支架體系進行受力分析，考慮支架自重、拱肋自重以及風(fēng)荷載作用，支架體系的剛度、強度及穩(wěn)定性均滿足要求。

（2）運用有限元軟件對跨越段支架體系進行受力分析，考慮支架自重、拱肋自重以及風(fēng)荷載作用，跨越段支架體系的剛度、強度及穩(wěn)定性均滿足要求。

參考文獻

[1]王末順.城市景觀拱橋美學(xué)實踐與鑒賞[J]市政技術(shù)，2013，31（4）：70-72.

[2]何鈺龍，郭凱強，徐百慧，等.城市系桿拱橋景觀設(shè)計探討[J].山西建筑，2014，40（4）：150-152.

[3]杜淼.復(fù)式鋼箱中承式拱橋施工過程分析[J].中外公路，2016，36（5）：139-143.

[4]陳緒林.內(nèi)傾副拱對復(fù)式鋼箱中承式拱橋的受力影響分析[J].中外公路，2017，37（6）：194-197.

[5]易達，毛其峰，季黎黎.超高臨時鋼管支架施工比較分析[J].施工技術(shù)，2012（S2）：156-159.

[6]楊士華.鋼管支架施工安全性分析[J].安徽建筑，2013，20（1）：39-40，50.