上承式鋼筋混凝土連續拱橋主拱圈線形控制研究

（中鐵十六局集團第四工程有限公司，北京 101400）

1 工程概況

龍沖清水河大橋跨越清水河，為6 孔上承式鋼筋混凝土連續拱橋結構，全長196m（見圖1），橋梁橫斷面寬度為40m。主拱圈理論拱軸線采用懸鏈線，拱軸系數3.0，矢高5m，跨度30m，矢跨比1/6。主拱圈采用等厚度的板拱結構，標準板厚為70cm。在接近拱腳處板拱的上緣及與腹拱連接處采用圓弧線相切，腹拱圈理論拱軸線也采用懸鏈線，拱軸系數3.5，矢跨比1/4。主拱圈采用滿堂支架法分段現澆施工。

圖1 龍沖清水河大橋施工實景

2 主拱圈施工方案

主拱圈采用滿堂支架法分段現澆。支架下方設置現澆混凝土條形基礎，地基承載能力要求不低于4kPa。支架預壓重量不小于待澆主拱圈及施工荷載總和的1.2 倍。連續觀測3 天，累計沉降量不超過3mm，且預壓時間不少于7 天，認定支架穩定。

主拱圈混凝土由兩側拱腳對稱向拱頂澆筑，每跨縱向分四段澆筑，并在分段之間設置1m 寬合攏段，跨中合攏溫度15℃～20℃，選擇當天最低氣溫，并在上升時進行。

3 有限元仿真計算

3.1 有限元模型建立

基于Midas 有限元軟件建立整體模型（如圖2 所示），橋梁的主拱圈、腹拱圈、橋墩和橋臺等采用變截面梁單元模擬。橋梁的墩臺基礎為固結，腹拱圈與主拱圈間利用彈性連接模擬。全橋共劃分為531 個單元，546 個節點。不考慮拱上建筑的聯合作用，將拱上建筑簡化為荷載。并采用節點集中力來模擬橋面及拱上建筑的恒載和活載，按照橫向分布最不利情況計算活載。

圖2 龍沖清水河大橋整體模型

3.2 撓度計算結果

3.2.1 施工階段

計算荷載工況與施工階段一一對應，施工期間簡化為9 個施工階段，如表1 所示。模型建立橋墩、橋臺的作用主要是為了考慮支座位移對主拱圈的影響，因此在內力計算中不考慮橋墩、橋臺的內力。

表1 施工工況統計

3.2.2 施工階段撓度計算結果

以第一跨、第二跨撓度計算結果為示例展示位移計算結果，拱圈合攏后（工況6～工況9），不同荷載工況下的計算結果如圖3、圖4 所示。

圖3 第一跨施工撓度（工況6～工況9）

圖4 第二跨施工撓度（工況6～工況9）

由仿真模擬計算可知，在主拱圈合攏后的施工階段位移計算結果符合規范要求，能夠較準確的表達鋼筋混凝土連續拱橋施工過程的力學行為。

3.3 成橋階段

3.3.1 施工工況

將成橋階段的施加荷載進行多種組合，形成三種荷載組合，分別為：組合1 即恒載工況；組合2 即恒載加移動荷載（Mall）工況；組合3 即移動荷載工況。成橋階段主要研究對象為3 種荷載組合作用下的主拱圈位移。

3.3.2 成橋階段撓度計算結果

三種組合荷載（恒載、活載和恒載活載組合）下的成橋第一跨、第二跨不同荷載組合撓度如圖5、圖6 所示。

圖5 第一跨成橋階段不同荷載組合作用下撓度

圖6 第二跨成橋階段不同荷載組合作用下撓度

根據圖5、圖6，成橋階段不同荷載組合下的撓度計算結果，可知計算結果均符合規范要求，成橋使用后主拱圈線形合理。

4 主拱圈施工沉降分析

4.1 施工沉降觀測點布置

每跨主拱圈的監控點在寬度方向分左、中、右三列設置，每個截面均勻布置5 個觀測點，即主拱圈的拱腳、L/8、L/4、3L/8 和拱頂處。以第一跨的主拱圈為例，施工沉降觀測點布置如圖7 所示。

圖7 左幅第一跨主拱圈施工沉降觀測點布置

4.2 主拱圈沉降

支架預壓能夠有效消除支架彈性變形、安裝間隙、地基沉降等。預壓前必須按照《鋼管滿堂支架預壓技術規程》GJT194-2009 的要求檢測地基承載能力是否滿足要求并對初始高程進行觀測記錄。根據檢測結果，拱圈支架處于穩定狀態、地基及支架承載能力滿足上部結構施工及正常使用要求。預壓變形數據能夠作為預拱度計算、設置的依據。

4.3 實際預拱度設置

預拱度的設置采用拋物線差值法。即拱頂處設置預拱度與拱腳處設置預拱度之間以跨度、拋物線線形等進行內插。拱圈及腹拱均按照此方法執行。拱圈拱頂處向上設置預拱度值為13mm；腹拱圈拱頂處向上設置預拱度值為9mm。

5 結語

基于Midas 有限元軟件建立了龍沖清水河大橋模型，分析研究了6 孔上承式鋼筋混凝土連續拱橋的施工過程。以施工過程劃分施工階段，基于梁單元模型進行仿真計算，研究了連續拱橋施工主要階段的主拱圈變形。由仿真模擬計算可知，主拱圈施工過程中的變形符合橋梁施工階段受力狀態要求。

結合左幅主拱圈的施工沉降觀測，根據現場監測數據，對調整支架高程、設置結構預拱度有重要的參考價值。

本橋成橋使用后線形合理，更加驗證了前期仿真模擬計算和支架預壓的必要性。