勁性骨架拱橋不同邊界條件吊裝對比分析

文/游佐巧 重慶交通大學 重慶 400074

熊邵輝 招商局重慶交通科研設計院有限公司 重慶 400067

1、引言

大跨度勁性骨架拱橋的施工方式廣泛采取纜索吊裝斜拉扣掛法。勁性骨架拱肋在工廠預制后運送到施工現場，在現場經過預拼裝后采用纜索吊裝法進行節段吊裝施工。王鋒[1]以落步溪大橋為研究對象在鋼骨架合龍后，分析了下弦鋼管鉸接在拱座上，上下弦鋼管的應力；文獻[2][3]分別采取拱腳固結和鉸接的方式進行勁性骨架吊裝施工研究。但這些研究都沒有詳細說明兩種吊裝方式的差異。本文以實際工程為例對比分析不同邊界條件吊裝下拱肋線形及內力。

2、工程概況及仿真模型

大橋為計算跨徑155m的上承式鋼筋混凝土勁性骨架拱橋。骨架采用3條平行的鋼管拱肋以橫撐連接成整體。整條拱肋為等截面桁架，采用6根402mm×32mm材質為Q345C的鋼管組成，采用拱軸系數m=1.99的懸鏈線，計算矢高f=39.3。

骨架的吊裝施工利用Midas Civil有限元軟件進行模擬，其中骨架采用梁單元，扣索采用只受拉桁架單元，扣索及預埋段采用固結約束。現分別建立兩個模型模擬骨架節段固結吊裝和鉸接吊裝。其中固結吊裝模型預埋段固結，節段之間共用節點形成剛性連接。鉸接吊裝模型預埋段固結，為了模擬節段之間采用鉸接施工，利用Midas Civil將節段之間連接單元剛度縮小200倍進行鉸接模擬。

3、吊裝對比分析

3.1 拱肋線形計算結果對比分析

勁性骨架合龍后的線形不易改變，為了達到與設計要求相符的線形，拱肋節段在施工中需要不斷對已吊裝節段進行線形調整。采用固結約束與鉸接約束吊裝拱肋節段都可以對其線形進行調整。施工階段各節段端部豎向位移（由于對稱僅列半跨數據）見表1所示。

3.2 拱肋應力計算結果對比分析

勁性骨架拱肋吊裝施工中骨架鋼管會產生應力，采用不同邊界條件下的吊裝施工各節段拱肋應力也不相同。兩種邊界條件下的節段吊裝在各施工階段下節段連接點下緣應力（僅列半跨下緣數據）見表2所示。

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結論：

在相同索力條件下，采用鉸接約束吊裝的成拱豎向位移要大于固結約束吊裝。鉸接約束吊裝更有利于在施工中調整拱肋線形并且成拱的上下緣應力整體上要小于固結約束吊裝，成拱應力狀態更優，更有利于挖掘拱肋極限承載力。