黃世順

湖南致力工程科技有限公司 湖南 長沙 410000

在典型山區(qū)地形，地形主要以高山、河谷為主，拱橋由于其跨越能力大、施工相對簡單、與峽谷環(huán)境協(xié)調(diào)性較好等優(yōu)點，近年來大量拱橋被應(yīng)用于橋梁建設(shè)的工程實踐中。在施工過程中受建設(shè)場地地形的限制，難以應(yīng)用常規(guī)安裝方法，纜索吊裝系統(tǒng)懸拼鋼拱架由于其自身特點，近年來被廣泛應(yīng)用于鋼筋混凝土拱橋的施工。

1 懸拼鋼拱架預(yù)壓試驗的重要性

懸拼鋼拱架是一種在橋梁工程中廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式，其獨特的結(jié)構(gòu)形式和優(yōu)越的性能使得其在大跨度橋梁工程中得到了廣泛的應(yīng)用。懸拼鋼拱架在橋梁工程中承受重要的荷載，如車輛荷載、風(fēng)荷載、溫度荷載等，因此需要進行預(yù)壓實驗，以驗證其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，保證其在實際工程中的使用安全性。懸拼鋼拱架預(yù)壓實驗是指在鋼拱架完成后，在荷載作用下進行一定的預(yù)壓，使其達到穩(wěn)定的狀態(tài)，以確保其承受荷載時不會出現(xiàn)變形或破壞。懸拼鋼拱架預(yù)壓實驗的重要性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.1 驗證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

懸拼鋼拱架作為一種重要的結(jié)構(gòu)形式，在承受荷載時需要保證其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，否則容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞或者變形。通過預(yù)壓實驗可以驗證懸拼鋼拱架的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，評估其在實際工程中的使用安全性。

1.2 提高結(jié)構(gòu)的承載能力

懸拼鋼拱架預(yù)壓實驗可以通過施加一定的預(yù)壓力，提高結(jié)構(gòu)的承載能力，增強其抗彎扭性能和抗震能力，提高結(jié)構(gòu)的安全性。

1.3 降低結(jié)構(gòu)的風(fēng)險

懸拼鋼拱架預(yù)壓實驗可以檢驗結(jié)構(gòu)在承受荷載作用下的穩(wěn)定性，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞或者變形，降低結(jié)構(gòu)的風(fēng)險，保證工程安全。

1.4 為工程設(shè)計提供參考

懸拼鋼拱架預(yù)壓實驗可以提供結(jié)構(gòu)的力學(xué)參數(shù)和承載能力等方面的數(shù)據(jù)，為工程設(shè)計提供參考，保證工程的安全性和可靠性。

2 懸拼鋼拱架預(yù)壓實驗原則

懸拼鋼拱架是一種常用的大跨度鋼結(jié)構(gòu)，其預(yù)壓實驗是確定鋼拱架是否符合設(shè)計要求和性能的重要步驟之一。下面是懸拼鋼拱架預(yù)壓實驗的原則：

實驗應(yīng)在設(shè)計要求和規(guī)范的指導(dǎo)下進行，遵循安全、可靠、科學(xué)、合理的原則，確保實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。實驗前應(yīng)進行充分的準(zhǔn)備工作，包括準(zhǔn)備必要的實驗設(shè)備、材料和工具，制定實驗方案和實驗流程，確保實驗的順利進行。

實驗應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求和規(guī)范進行，包括實驗荷載的大小和方向、實驗時間、記錄實驗數(shù)據(jù)等方面。同時，應(yīng)根據(jù)實驗結(jié)果進行必要的調(diào)整和修改。實驗中應(yīng)注意安全，確保實驗人員和設(shè)備的安全。在實驗過程中，應(yīng)注意實驗環(huán)境的保護，避免對周圍環(huán)境造成污染或破壞。實驗結(jié)束后，應(yīng)對實驗數(shù)據(jù)進行分析和處理，計算得到拱架的預(yù)壓力大小和實際變形情況。同時，應(yīng)根據(jù)實驗結(jié)果進行必要的修正和調(diào)整。實驗結(jié)束后，應(yīng)對實驗設(shè)備進行檢查和維護，確保設(shè)備的正常運行和使用壽命。

3 工程概況

某鋼筋混凝土拱橋跨越山溝，主橋布置為70m鋼筋混凝土箱型拱橋，拱圈為等截面懸鏈線，矢跨比為1/5.5，拱軸系數(shù)m＝1.756，為單箱二室斷面。主拱圈是以鋼拱架為支撐結(jié)構(gòu)，在其上現(xiàn)澆施工的，采用類圓弧線貝雷梁拱架作為主拱圈現(xiàn)澆支架，拱架由貝雷梁、加強弦桿、支撐片、梯形鋼桁架、拱腳端桁架、平面橫連等組成。

主拱圈混凝土濕重為852t，預(yù)壓荷載按此荷載的1.2倍計算，水箱加載重量應(yīng)扣除水壓支架鋼管及水箱的重量。由于拱圈為懸鏈線，水箱中水位依據(jù)水箱布設(shè)位置依次調(diào)整，水箱加載原則為兩按對稱加載，先拱頂、后兩側(cè)拱腳，然后依次對稱加載[1]。

4 預(yù)壓過程分析計算

鋼拱架懸拼合攏后，為驗證鋼拱架的安全性，在澆筑主拱圈前，采用水箱預(yù)壓的方式，模擬施工荷載及結(jié)構(gòu)自重等作用，水箱及水箱支架重量等效于主拱圈自重及施工荷載。

鋼拱架預(yù)壓試驗計算采用MIDAS/Civil建立空間模型，采用梁單元模擬橋塔構(gòu)件進行結(jié)構(gòu)承載能力計算分析，計算中主要考慮鋼拱架自重、施工荷載。水箱及水箱支架以外荷載的形式加于鋼拱架上，沿鋼拱架縱橋向共布置8個小水箱，在模型上分別以集中力作用于鋼拱架上，作用點為各水箱重心處。

計算工況：工況1拱架自重，工況2拱肋拱腳混凝土澆筑，工況3調(diào)平支架及模板等重量，工況4拱架拱腳段預(yù)壓，工況5拱頂澆筑，工況6中間段澆筑[2]。

表1 水箱滿載時鋼拱架應(yīng)力計算值

表2 水箱滿載時鋼拱架撓度計算值

圖1 水箱預(yù)壓試驗鋼拱架豎向位移圖

5 預(yù)壓試驗分析

水箱加載順序依據(jù)主拱圈澆筑順序，從兩岸拱腳依次向跨中對稱施加荷載，滿載作用下應(yīng)力及撓度分析如下。

應(yīng)力值按單向受力狀態(tài)進行處理，即σ=Εε，E取規(guī)范推薦值，對于Q345鋼，彈性模量E=206GPa，抗拉、抗壓和抗彎強度設(shè)計值σ＝310MPa。

圖3 上弦實測應(yīng)力與計算應(yīng)力對比曲線圖

圖4 下弦實測應(yīng)力與計算應(yīng)力對比曲線圖

表3 鋼拱架應(yīng)力實測值與計算值比較

表4 鋼拱架撓度實測值與計算值比較

圖5 實測彈性撓度與計算撓度對比曲線圖

通過檢測數(shù)據(jù)的比較分析，實測應(yīng)力均小于計算應(yīng)力，同時小于材料的屈服強度，具有較大的安全儲備，說明在水箱預(yù)壓過程中，拱架強度滿足要求；實測彈性撓度均小于計算撓度，且最大值為跨中截面的8.8mm，說明了實橋剛度比設(shè)計剛度稍大，具有一定的安全儲備，水箱預(yù)壓過程中拱架剛度條件滿足要求，但左側(cè)撓度較右側(cè)撓度整體規(guī)律上偏大，說明加載過程中有偏壓的現(xiàn)象，在施工監(jiān)控過程中尤其要加強鋼拱架拱軸線橫向偏位情況的監(jiān)測[3-4]。

6 結(jié)語

通過對該橋鋼拱架預(yù)壓試驗的計算和應(yīng)用分析，可對山區(qū)特殊地形條件下的鋼拱架作為現(xiàn)澆支架的整體穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)受力性能問題提供技術(shù)參考，對于鋼拱架及支架的非彈性變形具有重要作用，同時對提高施工質(zhì)量、施工安全、降低施工過程成本具有積極意義，為后期山區(qū)大跨徑拱橋的使用積累了相關(guān)設(shè)計和施工經(jīng)驗，可進行廣泛推廣。