甘河溝大橋拱架設計分析

羅 翱，文遠松，劉 慶

(貴州新聯爆破工程有限公司，貴州 貴陽 550003)

甘河溝大橋拱架設計分析

羅 翱，文遠松，劉 慶

(貴州新聯爆破工程有限公司，貴州 貴陽 550003)

對畢節市雙山新區梨新大道甘河溝大橋懸拼鋼拱架現澆施工拱架進行設計分析，按照混凝土采用豎向分環、縱向分段原則進行澆筑，采用MIDASCIVIL2010計算軟件進行空間桿件建模，計算結果表明在一般狀態下拱架最大應力發生在拱圈澆筑腹板及橫隔板，溫度影響時應力增長較小；鋼拱架強度滿足規范要求且具有一定安全儲備，為后續施工過程不均勻荷載留下足夠安全儲備；鋼拱架撓度在工況3和工況5情況下大于容許值，由于計算模型假設和荷載取值趨于保守，最終以工況4控制拱架撓度較為合理。

拱架；安全儲備；撓度

1 工程概況

貴州省畢節市雙山新區梨新大道甘河溝大橋起訖樁號：K2+530.000-K2+850.000，全長320 m；采用3×30 m箱梁+125 m箱型拱橋+3×30 mx箱梁,矢跨比f0/L0=1/5，拱軸系數m=1.756，大橋分為左右兩幅拱橋，每幅橋面寬23.0 m，設有1.6%縱坡和1.5%橫坡。根據設計要求甘河溝大橋主拱圈施工采用懸拼鋼拱架現澆施工，采用“豎向分環、縱向分段”進行澆筑。

2 拱架設計

2.1 拱架結構形式

(1)標準節段。標準節段上下弦桿設計為L200×125×18角鋼，豎腹桿和斜腹桿設計為L70×5角鋼，橫向聯系桿件設計為L50×5角鋼。采用下弦陰陽鉸接，上弦桿通過球頭調節螺桿陽端和陰端調節上弦長度，通過調節螺桿左右兩側布置M38×600連接螺栓，上、下弦外側布置與平聯連接錨固構件以安裝連接套筒和M22連接螺栓；縱向兩端面、靠上、下弦處布置與橫聯連接錨固構件以安裝連接套筒和M22連接螺栓，套筒孔徑24 mm。

(2)拱頂節段。拱頂節段安裝前為分離相同兩個分節段。順橋向理論凈距336 mm，就位后用連接鋼板長度消化安裝累積誤差。上、下弦主角鋼內外側安裝采用L×200×10連接鋼板A，上弦主角鋼上緣和下弦主角鋼下緣安裝采用L×125×20連接鋼板B。兩分節段間布置一組斜撐，上、下弦與連接鋼板用螺栓群連接。

(3)拱腳節段。拱腳節段由上下弦及豎腹桿和拱鉸構成，上弦設計為L200×125×18角鋼與兩塊18 mm鋼板焊接為箱形斷面；豎腹桿設計為L160×100×12角鋼與兩塊12 mm鋼板焊接為箱形斷面。拱腳鉸設計為299×16 mm無縫Q345B鋼管，鋼管與上、下弦用鋼板連接，橫向布置加強肋板。拱鉸弧面半徑為149.5 mm。

(4)橫聯和平聯。平聯，鋼拱架橫斷面上設計九道基本節段和八組聯結系。平聯通過空心套筒與M22螺栓與基本節段連接。橫向構件用L70×5角鋼；縱向構件用L50×5角鋼；剪力撐用L50×5角鋼，交叉點用節點板連接；橫聯，橫聯通過空心套筒與M22螺栓與基本節段連接。

2.2 材料參數

拱架材料參數見表1所示。

表1 主要材料參數表

注：計算中質量重力換算按偏安全考慮，取重力加速度

3 拱架驗算

3.1 計算架設

主拱圈混凝土采用拱架現澆方法施工。混凝土分層澆筑分層位置：第一層澆筑拱圈底板及下馬蹄；第二層澆筑上下馬蹄間腹板及橫隔板；第三層澆筑上馬蹄及頂板。

拱架由拱腳節段、標準節段和拱頂調節段組成并支承在臨時拱座上。在橫橋向單幅拱圈一共布置9排拱架，每排拱架由32片標準節段、2個拱腳節段和2個拱頂節段組成。拱架頂面與拱圈底面間隔10～20 cm，通過木板調節底模高程，底模采用木模，側模采用異型鋼模。

鋼拱架驗算采用MIDAS CIVIL 2010計算軟件空間桿件建模驗算，拱腳位置設為縱向鉸接，拱頂位置設水平約束。

在混凝土底板至腹板及橫隔板混凝土澆筑完成前，不考慮混凝土拱圈與鋼拱架聯合作用情況下，待主拱圈開口箱達到設計強度后考慮主拱圈與鋼拱架共同受力。鋼拱架按最不利位置計算最不利受力階段為腹板及橫隔板澆注完成，混凝土開口箱未達到設計強度時以此階段控制鋼拱架強度驗算，不考慮分段加載應力逐漸變化。拱圈開口箱達到設計強度時拱圈頂板荷載由開口箱支承，對拱架產生附加應力很小，不再計算頂板施工時拱架受力狀態。施工中拱架橫向連接穩定，底板混凝土合龍并達到設計強度后澆注腹板及橫隔板，底板已參與鋼拱架協同受力，故上述計算假設偏于安全。拱架橫向寬度大于拱圈橫向寬度，穩定性滿足要求不進行驗算。

3.2 計算參數

(1)容許應力取值

桿件容許應力取值應進行壓桿穩定性折減，其他部件容許應力取值參照表2，桿件容許應力取值如下表2所示。

(2)計算工況

為簡化計算過程和施工時取值，計算以下主要工況(鋼筋混凝土自重按26 kN/m3計)滿足施工需要。

工況1：拱架自重(自重系數為1.3)；

工況2：工況1+施工荷載(拱圈模板、木板和作業荷載，按1 kN/m2考慮，折算后為2.86 kN/m2)；

表2 拱架桿件容許應力表

工況3：工況2+拱圈底板荷載(折算為27.86 kN/m2)+ 拱圈腹板及橫隔板荷載(折算為21.3 kN/m2)+混凝土振搗荷載(按2 kN/m2考慮)；

工況4：工況2+1.2拱圈底板荷載(預壓狀態)；

工況5：工況3+整體溫差±15 ℃(僅作參考)。

3.3 拱架計算結果

根據計算假設和計算工況進行計算。

工況2：拱架最大應力36.0 MPa，支架豎向位移17.5 mm，支點反力水平向38.9 t，豎向為36.3 t。

工況3：拱架最大應力229.3 MPa，支架豎向位移121.3 mm，支點反力水平向258.8 t，豎向231.4 t。

工況4：拱架最大應力163.2 MPa，支架豎向位移86.7 mm，支點反力水平向183.7 t，豎向164.3 t。

工況5：拱架最大應力241.4 MPa，支架豎向位移145.4 mm，支點反力水平向258 t，豎向231.4 t。

拱架在各個工況下構件計算結果見表3、表4所示。

表3 拱架應力計算結果表 單位：MPa

注：表內正為壓應力，負為拉應力，括弧內數值為溫度效應下容許應力值。

表4 拱架位移及反力計算結果表

4 結 論

一般狀態下拱架最大應力發生在拱圈澆筑腹板及橫隔板，溫度影響時應力增長較小；鋼拱架強度滿足規范要求且具有一定安全儲備，為后續施工過程不均勻荷載留下足夠安全儲備；鋼拱架撓度在工況3和工況5情況下大于容許值，由于計算模型假設和荷載取值保守最終應以工況4控制拱架撓度較合理。施工中需處理好拱腳構造、及時安裝桁片間聯結系,在拱架兩側設置四道浪風繩，采取措施保證拱架受力均勻性。

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U442

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1008-3383(2017)09-0103-02

2017-02-11