某自錨上承式拱橋拱肋現澆支架施工技術研究

靜國鋒

（中鐵一局集團橋梁工程有限公司 重慶 401121）

上承式拱橋不但造型優美，而且具有較大的豎向和側向剛度，體現出優良的空間穩定性。當采用自錨式受力體系后，通過張拉系桿平衡拱肋的水平推力，使得其跨度有了大幅度的提高，并且可以不受地質條件的制約而被廣泛的采用。拱肋結構的形成總體可以歸納為纜索吊裝法施工、支架法施工2大類［1－2］，而對于自錨上承式拱橋而言，支架法施工占絕大多數。當橋梁跨度較小且地質條件較好時，采用滿堂紅腳手架法施工較為適宜；當橋梁跨度較大且地質條件較差時，則需要采用梁柱式支架結構［3］。

拱橋的現澆支架與一般的梁橋現澆支架有顯著的區別，主要體現為其支架系統承擔著相當數量級的水平荷載，于是減小水平荷載在支架系統內的效應就成為支架成功實施的關鍵。本文對一座自錨上承式拱橋的拱肋現澆支架施工技術進行研究，著重介紹拉桿協作體系支架、異型帽梁技術對保證該橋順利施工的作用［4］。

1 工程概況

滬杭客運專線海杭特大橋上跨石大公路為自錨上承式拱橋，孔跨組成為88m＋160m＋88m，拱肋采用拋物線線形，矢跨比為1／6，見圖1。

圖1 橋梁立面圖（單位：m）

大橋邊、中跨拱肋拱頂截面高為4m，拱腳截面高為6m，拱肋橫向寬度8m，采用單箱室截面。拱肋上設置3個拱上立柱，支承20m＋22m＋22m＋20m連續梁，為配合拱肋曲線變化，連續梁邊跨截面高度采用變截面，梁端截面高度4m，跨中截面高度采用3m，連續梁與拱肋結構分離。

本橋采用轉體法施工，單個轉體結構長度為158m，在平行被跨道路旁采用支架法現澆，支架系統采用貝雷梁加鋼管柱的形式，見圖2。立柱采用直徑×壁厚為630mm×10mm鋼管，最高約25.3m，下部埋置在直徑1.0m的鉆孔群樁加承臺基礎內，上部埋置在異型鋼筋混凝土帽梁內。

圖2 1／2現澆段支架立面圖（單位：m）

單個轉體結構拱肋部分混凝土共計5 136 m3，主墩每側為2 568m3，分3個節段進行澆注，水平投影長度分別為24，26，25m。立柱分為A（9根）、B（9根）、C（9根）、D（6根）、E（3根）5種類型，其中A型立柱與B型立柱間為預留施工通道不設置橫向連接系，采用與主墩對側A型立柱對拉2束19孔Φj15.24mm預應力鋼絞線的形式形成整體并承擔水平荷載，其余支架間設置直徑×壁厚為325mm×6mm鋼管平聯及斜撐。

貝雷梁通過預埋在異型帽梁內的型鋼支座及鋼帶與其連接，共計5跨，拱肋橫斷面范圍內布置25排，最大跨度為20.0m，見圖3。拱肋的弧線調整采用0.15m寬、不同高度的方木組合實現，方木上鋪設12mm厚竹膠板作為拱肋底模。

圖3 現澆支架橫斷面布置圖（單位：m）

2 有限元模型

根據支架設計圖紙采用通用有限元軟件Ansys建立有限元模型，其中包括貝雷梁、鋼管柱、異型帽梁等主要構件，見圖4。計算荷載包括：結構自重，容重按26.5kN／m3計；模板系統重，按2.0kN／m2計；施工人、機具重，按2.5kN／m2計；混凝土振搗重，按2.0kN／m2計［5］；結構超方重，按結構自重的5%計；風荷載，按0.8kN／m2計。模型邊界條件根據實際情況按照剛性支座模擬。

圖4 支架有限元模型

3 貝雷梁計算分析

經計算分析，5跨貝雷梁的應力及位移均滿足規范的相關要求［5］，詳細數據見表1。

表1 貝雷梁應力及位移表

4 拉桿協作體系分析

經初步計算，A立柱所受內力最大，然后依次為B～E，見表2。以A立柱為例對表中數據進行分析，可知鋼管結構內的最大應力已達260MPa，遠超Q235鋼材容許應力。

為減小支架結構內部的豎向荷載效應，采用在A，B立柱每根鋼管內填充C30混凝土的措施，增加其承壓能力及提高其穩定性，A、B立柱按照鋼管混凝土模擬計算；在C～E立柱每根鋼管內填充干燥的石英砂，并在其頂部1.0m范圍內填筑混凝土進行封閉，以提高其穩定性，C，E立柱按照鋼管模擬計算。

為減小支架結構內部的水平荷載效應，采用對拉協作體系的處理方法，即在主墩兩側A型立柱帽梁內預埋塑料波紋管及錨墊板，于拱肋混凝土澆筑前張拉預應力鋼絞線，經試算最終選取張拉力為700kN，得到了較為理想的結果，通過鋼絞線錨固產生的水平力有效地減小了支架內部的水平荷載效應，見表3。

表2 A～E立柱底總內力匯總表（初算）

表3 A～E立柱底總內力匯總表（調整）

對比表2、表3可知，立柱A底的軸力、彎矩、剪力在采用了拉桿協作體系后有了明顯的降低，分別為19.3%，18.7%，18.6%，再結合上述采取的措施，對立柱A構件截面特性進行調整，重新驗算鋼管結構，其最大應力已降至118.4MPa，滿足規范的限值要求。

5 異型帽梁構造措施

異型帽梁是支架系統中最為重要的構件，通過自身剛度將貝雷梁、對拉鋼絞線（A立柱）的荷載均勻傳遞到每根鋼管立柱的，是關鍵節點，具體構造見圖5。

圖5 異型帽梁大樣圖

異型帽梁采用C40鋼筋混凝土結構，橫橋向寬12.0m。為有效傳遞貝雷梁上弦桿的壓力及下弦桿的拉力，在每片貝雷梁弦桿對應位置處預埋2塊40mm厚、200mm高的16Mn鋼帶，鋼帶與鋼帶之間采用槽10型鋼組焊形成勁型骨架，并在鋼帶兩側焊接直徑16mm鋼筋形成剪力釘以保證鋼混之間可靠連接，鋼帶兩端鏜孔與貝雷梁通過銷軸鉸接連接。

為有效傳遞并分散貝雷梁支點外的反力，設置雙拼槽20型鋼支座，與異型帽梁等寬埋置其中。

6 結語

對滬杭客運專線海杭特大橋上跨石大公路88m＋160m＋88m自錨上承式拱橋的拱肋現澆梁柱式支架進行研究，經計算分析可知拉桿協作體系、異型帽梁構造對保證工程順利實施的重要性，以及這種技術措施的優越性，并經過工程實踐檢驗其合理性，為同類型橋梁施工提供了參考，具有重要的推廣意義。

［1］ 交通部第一公路工程總公司.公路施工手冊：橋涵［M］.北京：人民交通出版社，2000.

［2］ 陳 偉，李 明.橋梁施工臨時結構設計［M］.北京：中國鐵道出版社，2008.

［3］ 中鐵四局集團有限公司.高速鐵路橋涵工程施工技術指南［M］.北京：中國鐵道出版社，2011.

［4］ 胡國偉，張宇寧.客運專線連續剛構柔性拱組合橋V形墩施工工藝仿真分析［C］.2008中國高速鐵路橋梁技術國際交流會論文集：上冊.北京：中國鐵道出版社，2008：581－586.

［5］ 黃紹金，劉陌生.裝配式公路鋼橋多用途使用手冊［M］.北京：人民交通出版社，2002.