杜建成 陳海斌 郭繼業(yè)

1.珠海市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 廣東 珠海 519001

2.廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣東 廣州 510010

1 工程概況

本項(xiàng)目下承式系桿拱位于屏北一路高架橋處，高架橋跨越廣澳高速時(shí)，因需連續(xù)跨越廣澳高速、南屏互通立交A、B、C、D匝道、遠(yuǎn)期匝道，橋梁跨徑定為1×129m，為下承式簡支系桿拱。上部結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)梁，主縱梁為鋼箱結(jié)構(gòu)，垂直寬1.6m，高2.0m，系梁之間采用縱、橫向鋼結(jié)構(gòu)連接，中橫梁跨中總高為2.186m。拱高25.408m（拱豎直投影），面內(nèi)高25.8m，失跨比1/5，拱肋采用鋼箱拱，單條拱肋寬1.6m，高2.0m，整體呈提籃式，內(nèi)傾10°，兩榀拱肋頂部對(duì)稱設(shè)置5道箱梁風(fēng)撐。

圖1 拱橋立面圖（單位:cm）

圖2 拱橋平面圖（單位:cm）

為減少施工對(duì)高速公路的影響，本項(xiàng)目主橋上部結(jié)構(gòu)采用步履式頂推的施工方法。相較于傳統(tǒng)設(shè)置頂推反力架的水平頂推方法，步履式頂推具有無水平力施工、沉降適應(yīng)性強(qiáng)、不需要平整滑道、可調(diào)整主梁受力施工精度和安全性高等優(yōu)點(diǎn)[1]。主橋頂推施工方案如下：

圖3 拱橋斷面圖（單位:cm）

1.施工樁基、承臺(tái)、墩柱、主墩和帽梁；

2.施工臨時(shí)支墩和拼裝支架；

3.在支架上拼裝縱橫梁、拱肋、風(fēng)撐、臨時(shí)風(fēng)撐、前后導(dǎo)梁（前導(dǎo)梁30m，后導(dǎo)梁24m）；

4.將主橋頂推到設(shè)計(jì)橋位；

5.拆除導(dǎo)梁、臨時(shí)斜撐后，從跨中向兩側(cè)張拉吊索；

6.拆除臨時(shí)支墩，并將主橋落在永久支座上；

7.施工引橋蓋梁，吊裝小箱梁和鋼箱梁；

8.施工橋面鋪裝、欄桿等設(shè)施，成橋。

2 有限元模型的建立與分析

2.1 有限元模型

主橋按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用Midas Civil 2020軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，拱、風(fēng)撐、系桿、縱橫梁、導(dǎo)梁采用梁單元模擬，采用桁架單元模擬吊索、系桿索。計(jì)算模型見下圖：

圖4 主橋有限元模型

計(jì)算采用參數(shù)如下：

1.鋼材密度：78.5kN/m3，鋼筋混凝土密度：26kN/m3，瀝青混凝土重力密度：24kN/m3。

2.整體升溫溫差：25℃，整體降溫溫差：-25℃。吊索與鋼構(gòu)件正溫差：10℃，吊索與鋼構(gòu)件負(fù)溫差：-10℃。

3.風(fēng)速：42.9m/s，臺(tái)站名稱：金灣，重現(xiàn)期：100年。

2.2 短暫狀況承載能力驗(yàn)算

2.2.1 鋼構(gòu)件應(yīng)力驗(yàn)算

施工過程中鋼結(jié)構(gòu)正應(yīng)力最大/最小值如下：

施工階段鋼構(gòu)件正應(yīng)力最大值為118＜270MPa，滿足規(guī)范要求。

圖5 施工階段結(jié)構(gòu)正應(yīng)力（單位:MPa）

2.3 承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算

2.3.1 鋼構(gòu)件應(yīng)力驗(yàn)算

運(yùn)營階段鋼結(jié)構(gòu)正應(yīng)力最大/最小值如下：

圖6 運(yùn)營階段結(jié)構(gòu)正應(yīng)力（單位：MPa）

運(yùn)營階段鋼構(gòu)件正應(yīng)力最大值為228＜270MPa，滿足規(guī)范要求。

2.3.2 吊索和系桿索承載能力驗(yàn)算

吊索采用GJ15-19鋼絞線整束擠壓索，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1860MPa。系桿索采用XGKⅠ15-22-B可換可調(diào)式環(huán)氧噴涂鋼絞線成品索，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1860MPa。

運(yùn)營階段計(jì)算結(jié)果可知，運(yùn)營階段吊索拉力值范圍為848～1631kN。吊索綜合系數(shù)：

運(yùn)營階段系桿索拉力值范圍為1440～1815kN，吊索綜合系數(shù)：

由上可知，吊索和系桿索在運(yùn)營階段的承載力均滿足規(guī)范要求。

2.3.3 穩(wěn)定性驗(yàn)算

運(yùn)營階段主橋結(jié)構(gòu)第一階屈曲模態(tài)及相應(yīng)的靈界荷載系數(shù)計(jì)算結(jié)果如圖7所示：

圖7 主橋結(jié)構(gòu)第一階屈曲模態(tài)

臨界荷載系數(shù)為7.379＞4，穩(wěn)定性滿足要求。

2.4 正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算

2.4.1 撓度驗(yàn)算

根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范要求，活載作用下拱的撓度小于L/500=129000/500=258mm，系桿撓度小于L/500=129000/500=258mm，由以上撓度計(jì)算表可見，拱和系桿在活載作用下的撓度均小于規(guī)范限值，結(jié)構(gòu)剛度滿足要求。

2.4.2 動(dòng)力特性

橋面上設(shè)置人行道時(shí)，為提高行人的舒適感，結(jié)構(gòu)頻率需避開2.5～3.5Hz的頻率范圍。結(jié)構(gòu)頻率與周期數(shù)值見表1：

表1 結(jié)構(gòu)頻率和周期

由此可知，模態(tài)1～模態(tài)35頻率均小于2.5Hz，前35階模態(tài)頻率均不在人感頻率范圍內(nèi)，滿足要求。

3 結(jié)束語

本文結(jié)合有限元分析軟件Midas/Civil對(duì)屏北一路與屏北三路連通工程主橋進(jìn)行建模，并對(duì)其受力性能進(jìn)行分析，主要得到以下結(jié)論：

（1）步履式頂推施工過程中，結(jié)構(gòu)正應(yīng)力最大值為118MPa，在允許的范圍內(nèi)，受力合理；

（2）運(yùn)營階段中結(jié)構(gòu)最大正應(yīng)力為228MPa，吊索和系桿索的綜合系數(shù)分別為3.0和3.1，均滿足持久狀況承載能力極限狀態(tài)允許范圍。橋梁主體結(jié)構(gòu)臨界荷載系數(shù)為7.379，滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求；

（3）活載作用下，橋梁結(jié)構(gòu)撓度較小，剛度較為合理。結(jié)構(gòu)自振頻率小于2.5Hz，滿足人行要求。

根據(jù)本文的計(jì)算結(jié)果表明，橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定和動(dòng)力性能均滿足要求。