常備式鋼拱架承載能力提升方案研究

（重慶交通大學土木工程學院， 重慶 400074）

常備式鋼拱架承載能力提升方案研究

曹淞柏

（重慶交通大學土木工程學院， 重慶 400074）

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

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特的優點在現代橋型中特別是山區橋梁中占據著重要的地位。而拱橋施工方法中，鋼拱架施工，在現代山區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計的一套跨徑從30～100m，矢跨比從1/4～1/8適合我國常用常備式鋼拱架。其基本構件主要為：砂筒、拱座、短三角、端弦桿、基本三角、長短弦桿、橫聯裝置、風構件等。順橋向為與拱圈的拱腹線性吻合最佳，利用基本三角和長短弦桿數量和位置的變化進行合理組合，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。橫橋向根據橋梁的寬度用該設備特設的橫向裝置把各片拱架剛勁的連接起來，充分保證了結構的橫向穩定性。這種橫向裝置還可以采用不同的橫向間距以適應橋梁不同的寬度和荷載大小的需要。

2 工程概況

磨盤溝大橋復線橋采用主跨80m鋼筋混凝土上承式拱橋，橋梁起點樁號：K0+390.800，終點樁號K0+517.070，橋梁總長119.2m，橫斷面布置：3.5m（人行道）+8.0m（車行道）+0.5m（車行護欄）=12.0m。拱圈采用C40鋼筋混凝土結構，凈矢高20米，凈跨徑80米，矢跨比f/L=1/4，拱軸系數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；頂底、板厚25cm，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。兩側橋臺處于坡角在50-60°左右的陡坡上，局部陡坎可達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高差達49.18m。采用滿堂腳手架支撐方案并不經濟，故采用無支架鋼拱架現澆施工，但是采用已有常備式鋼拱架經過驗算，拱架承載能力不夠，所以需要采取方案對現有常備式鋼拱架進行改進，以使其滿足實際施工需求，改進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置砂桶支座，以便于拱圈澆筑成型后，拱架拆除。

經過初步計算，方案一中有部分拱架桿件應力超出了限定值，最終采取了方案二，方案二中四分之一位置附近兩排共計六根鋼管以橫撐斜撐相連，對鋼拱架支撐位置更多，另一方面組成了更大的框架，對鋼管支撐的穩定性起到了更好的作用。

4 有限元分析計算

4.1 計算模型

圖1 鋼拱架施工模型圖

計算采用MIDAS/Civil 2015有限元計算軟件進行計算，鋼拱架及鋼管支架等均采用梁單元模擬、混凝土主拱圈（箱拱，C50混凝土）由于分步分階段澆筑，采用板單元進行模擬，鋼拱架與主拱圈采用僅受壓單元連接，鋼拱架與增設支架之間采用彈性連接中剛性連接，計算模型如下圖 1所示

4.2 施工階段劃分

表 1 施工階段劃分

4.2 計算結果

表 2 計算結果表格

從上述結果表格中可以看出，在進行鋼管支架支撐后，臨時鋼拱架結構強度、剛度、穩定性均能滿足要求。

5 結論

對于不同重量拱圈的鋼拱架施工，當現有常備鋼拱架不能滿足承載力要求時，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前已有的鋼拱架設備。但值得注意的是，鋼管支架支撐位置及所需支撐數量定應根據實際拱圈線形、拱圈重量分布及經濟性綜合決定，且對于高度較高的鋼管支撐，需要注意驗算其穩定性。

[1]唐穎賢.常備式鋼拱架施工設計與受力分析[J].西部交通科技,2016,07:27-30.

[2]吳明東.常備式鋼拱架[J]. 公路,1993,02:16-18.

[3]朱巍志,張哲,黃才良,李盼到,莊年. 大跨度拱橋施工拱架的設計方案研究[J].工業建筑,2008,S1:903-906.

[4]姜旭. 鋼拱架施工過程中的穩定性研究[D].重慶交通大學,2014

U45

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1007-6344（2017）08-0274-01