常備式鋼拱架承載能力提升方案研究

（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院， 重慶 400074）

常備式鋼拱架承載能力提升方案研究

曹淞柏

（重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院， 重慶 400074）

本文是基于四川省交通廳公路局所設(shè)計(jì)的常備式鋼拱架承載能力提升的研究。主要是由于在實(shí)際施工時(shí)，主拱圈重量的不同可能導(dǎo)致已有的常備式鋼拱架施工承載能力不夠，鑒于這種情況，需要在實(shí)際施工考慮中，采取方案，對(duì)常備式鋼拱架施工承載能力提高，以滿足實(shí)際工程需求。

常備式鋼拱架；承載能力提升；有限元分析

0 引言

拱橋，作為一種古老的橋式以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在現(xiàn)代橋型中特別是山區(qū)橋梁中占據(jù)著重要的地位。而拱橋施工方法中，鋼拱架施工，在現(xiàn)代山區(qū)橋梁施工過程中使用越來越頻繁。

1 常備式鋼拱架

常備式鋼拱架為四川省交通廳公路局設(shè)計(jì)的一套跨徑從30～100m，矢跨比從1/4～1/8適合我國(guó)常用常備式鋼拱架。其基本構(gòu)件主要為：砂筒、拱座、短三角、端弦桿、基本三角、長(zhǎng)短弦桿、橫聯(lián)裝置、風(fēng)構(gòu)件等。順橋向?yàn)榕c拱圈的拱腹線性吻合最佳，利用基本三角和長(zhǎng)短弦桿數(shù)量和位置的變化進(jìn)行合理組合，就可以組裝成多種跨徑和多種矢跨比的兩鉸或三鉸的鋼拱架。橫橋向根據(jù)橋梁的寬度用該設(shè)備特設(shè)的橫向裝置把各片拱架剛勁的連接起來，充分保證了結(jié)構(gòu)的橫向穩(wěn)定性。這種橫向裝置還可以采用不同的橫向間距以適應(yīng)橋梁不同的寬度和荷載大小的需要。

2 工程概況

磨盤溝大橋復(fù)線橋采用主跨80m鋼筋混凝土上承式拱橋，橋梁起點(diǎn)樁號(hào)：K0+390.800，終點(diǎn)樁號(hào)K0+517.070，橋梁總長(zhǎng)119.2m，橫斷面布置：3.5m（人行道）+8.0m（車行道）+0.5m（車行護(hù)欄）=12.0m。拱圈采用C40鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，凈矢高20米，凈跨徑80米，矢跨比f/L=1/4，拱軸系數(shù)m=2.514。拱圈采用單箱四室箱形截面，拱圈寬為10.6m，拱圈高1.8m；頂?shù)?、板?5cm，中腹板寬30cm，邊腹板寬50cm。

該橋凈跨徑80m，拱頂距溝底高差約50。兩側(cè)橋臺(tái)處于坡角在50-60°左右的陡坡上，局部陡坎可達(dá)80°，施工難度大，交通較為方便。

3 承載力提升方案

因主拱圈與溝底相對(duì)高差達(dá)49.18m。采用滿堂腳手架支撐方案并不經(jīng)濟(jì)，故采用無支架鋼拱架現(xiàn)澆施工，但是采用已有常備式鋼拱架經(jīng)過驗(yàn)算，拱架承載能力不夠，所以需要采取方案對(duì)現(xiàn)有常備式鋼拱架進(jìn)行改進(jìn)，以使其滿足實(shí)際施工需求，改進(jìn)方式為在鋼拱架下面支撐鋼管支架（適用于橋址位置不是特別高）。計(jì)算初期采用了兩種方式的支撐方案：

方案一：在四分之一拱圈位置附近，橫向支撐三根Φ630×12豎鋼管，以橫撐、斜撐相連，鋼管頂部焊接雙拼工字鋼（I 320x130x9.5/15），在工字鋼與拱架之間設(shè)置砂桶支座，以便于拱圈澆筑成型后，拱架拆除。

方案二：在四分之一拱圈位置附近，橫向支撐兩排三根Φ630×12豎鋼管，以橫撐、斜撐相連，鋼管頂部焊接雙拼工字鋼（I 320x130x9.5/15），在工字鋼與拱架之間設(shè)置砂桶支座，以便于拱圈澆筑成型后，拱架拆除。

經(jīng)過初步計(jì)算，方案一中有部分拱架桿件應(yīng)力超出了限定值，最終采取了方案二，方案二中四分之一位置附近兩排共計(jì)六根鋼管以橫撐斜撐相連，對(duì)鋼拱架支撐位置更多，另一方面組成了更大的框架，對(duì)鋼管支撐的穩(wěn)定性起到了更好的作用。

4 有限元分析計(jì)算

4.1 計(jì)算模型

圖1 鋼拱架施工模型圖

計(jì)算采用MIDAS/Civil 2015有限元計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算，鋼拱架及鋼管支架等均采用梁?jiǎn)卧M、混凝土主拱圈（箱拱，C50混凝土）由于分步分階段澆筑，采用板單元進(jìn)行模擬，鋼拱架與主拱圈采用僅受壓?jiǎn)卧B接，鋼拱架與增設(shè)支架之間采用彈性連接中剛性連接，計(jì)算模型如下圖 1所示

4.2 施工階段劃分

表 1 施工階段劃分

4.2 計(jì)算結(jié)果

表 2 計(jì)算結(jié)果表格

從上述結(jié)果表格中可以看出，在進(jìn)行鋼管支架支撐后，臨時(shí)鋼拱架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性均能滿足要求。

5 結(jié)論

對(duì)于不同重量拱圈的鋼拱架施工，當(dāng)現(xiàn)有常備鋼拱架不能滿足承載力要求時(shí)，可以采取在鋼拱架下支撐鋼管立柱的方案，這樣一方面省去了滿堂支架的高成本，另一方面很好的利用了當(dāng)前已有的鋼拱架設(shè)備。但值得注意的是，鋼管支架支撐位置及所需支撐數(shù)量定應(yīng)根據(jù)實(shí)際拱圈線形、拱圈重量分布及經(jīng)濟(jì)性綜合決定，且對(duì)于高度較高的鋼管支撐，需要注意驗(yàn)算其穩(wěn)定性。

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