中承式鋼管拱橋吊桿下料長度及縱橫梁定位標(biāo)高的計算分析

劉奇

（貴州順康檢測股份有限公司，貴州 貴陽 550000）

0 引言

鋼管混凝土拱橋的吊桿為被動受力，其受力形式不同于斜拉橋的主動受力。吊桿下料長度（無應(yīng)力長度）過短不僅會影響到縱橫梁之間的高強(qiáng)螺栓連接安裝，也會影響到縱橫梁標(biāo)高定位，進(jìn)而影響到橋面線形。吊桿下料長度過長會導(dǎo)致吊桿報廢，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。文章對吊桿下料長度、縱橫梁定位標(biāo)高的影響因素進(jìn)行了分析，并結(jié)合該橋施工監(jiān)控的數(shù)據(jù)確定吊桿下料長度及縱橫梁定位標(biāo)高。

1 工程概況

該橋為中承式提籃鋼管混凝土變截面桁架拱，主跨長度為1×180m。主拱圈采用由8 根D850mm 鋼管通過腹桿、橫聯(lián)和風(fēng)撐組成的提籃等寬度變高度空間桁架結(jié)構(gòu)，管內(nèi)灌注C55 自密實補(bǔ)償收縮混凝土。拱腳主拱圈高度為5.5m，拱頂主拱圈高度為3.5m，單片拱肋寬度1.5m，橫橋向2 片拱肋間的中心距在拱腳處為22.05m，2 片拱肋向內(nèi)傾斜10 度。

該橋左右兩側(cè)各17 根吊桿，共34 根吊桿。左側(cè)吊桿編號為左D1 至左D17，右側(cè)吊桿編號為右D1 至右D17。縱伸縮縫處端橫梁編號為H01，1#至3#立柱處的橫梁編號為H01 至H04，吊桿處橫梁編號為HL1 至HL9。

2 模型建立

該橋采用有限元軟件Midas civil 2021 進(jìn)行建模分析，主拱圈鋼管、腹桿、橫梁和風(fēng)撐采用梁單元模擬，橋面板單元采用板單元模擬，兩側(cè)吊桿采用桁架單元來模擬，鋼縱梁和鋼橫梁則通過橫梁和縱梁相交形成梁格，采用梁單元模擬。全橋結(jié)構(gòu)離散成1201 個節(jié)點、2541 個單元，其中梁單元2085個，桁架單元34個，板單元422 個[1]。

主拱圈與拱座相連邊界采用固結(jié)連接，兩岸橋墩上盆式橡膠支座采用一般連接，均釋放RY。同時，根據(jù)設(shè)計圖紙中每個支座允許變形方向釋放DX 或DY。立柱上板式橡膠支座采用一般彈性連接，根據(jù)使用支座的規(guī)格計算其各方向的彈性模量[2]。

一期恒載：按結(jié)構(gòu)各構(gòu)件實際尺寸考慮；結(jié)構(gòu)自重按實際尺寸計算。

二期恒載（橋面鋪裝、人行道、護(hù)欄等）：橋面鋪裝計入其容重，以板單元的形式加在縱橫道梁上，人行道、護(hù)欄以均布荷載的形式加載在邊梁上。

汽車荷載：公路-I級，根據(jù)設(shè)計文件本次荷載試驗按照2 個車道、2 個人行道進(jìn)行相關(guān)計算[3]。

綜合上述有限元模型考慮方式，結(jié)構(gòu)有限元模型如圖1 所示：

圖1 有限元模型

3 吊桿下料長度計算分析

3.1 吊桿伸長量的計算

3.1.1 吊桿幾何長度的計算

先確定主拱圈拱肋上平聯(lián)中心至橫梁上緣的距離Lk，墊板上緣至拱肋上平聯(lián)中心距離La，橫梁上緣至銷軸中心的距離Lb，吊桿幾何長度為=Lk+La-Lb[4]。

3.1.2 確定吊桿力

吊桿力需要考慮自重、二期恒載、活載等組合作用下的合力。

3.1.3 確定吊桿截面面積

每根吊桿采用15 根φ15.2mm 高強(qiáng)鋼絞線，每根鋼絞線的面積為0.00014m2，換算成單根吊桿直徑為51.71mm，截面面積為2100mm2。

3.1.4 吊桿伸長量計算

通過胡克定律計算吊桿伸長量，計算結(jié)果如表1所示。

表1 吊桿伸長量計算

3.2 吊桿下料長度影響因素分析

吊桿的下料長度確定與以下因素有關(guān)：第一，成橋后，吊桿在自重作用下的伸長量變形δa，需要計算吊桿力，再根據(jù)胡克定律計算變形量。第二，吊桿安裝之前拱肋剩余預(yù)拱度δb。拱肋的制造線形：設(shè)計標(biāo)高+施工預(yù)拱度+設(shè)計預(yù)拱度。拱肋吊裝及鋼管混凝土澆筑完畢后，由于施工工序及自重的影響，拱肋會發(fā)生一定的變形。吊桿安裝之前需要測量每根吊桿處拱肋的高程值，與制造線形標(biāo)高相比較得到的差值為該部分變形，設(shè)計預(yù)拱度與該部分變形相減，得到的剩余預(yù)拱度δb[5]。第三，拱肋吊裝及鋼管混凝土澆筑完畢后，后續(xù)構(gòu)件，包括縱橫梁、橋面板、二期鋪裝（瀝青鋪裝層、人行道、防撞鋼護(hù)欄）的安裝，會引起拱肋再次下?lián)夕腸。第四，考慮0.5 倍的活載（汽車+人群）撓度+10 年鋼管混凝土收縮徐變δd。第五，考慮吊桿梁端錨杯段、銷軸端等尺寸δe。第六，吊桿在主拱圈頂部錨點與橫梁錨點的幾何長度L空。第七，下料長度L=L空-δa+δb-δc-δd+錨杯段δe-銷軸端δe（見表2、表3）。

表2 左側(cè)吊桿下料長度

表3 右側(cè)吊桿下料長度

4 縱橫梁標(biāo)高計算分析

根據(jù)設(shè)計圖紙、縱橫梁節(jié)段拼裝順序施工組織方案，采用Midas civil 軟件對縱橫梁節(jié)段吊裝順序進(jìn)行模擬，考慮鋪裝層厚度、橫梁橫坡、0.5 倍活載（汽車+人群）、后續(xù)構(gòu)件（橋面板、二期鋪裝）對縱橫梁位移的影響，確定現(xiàn)階段縱橫梁安裝的定位標(biāo)高[6]。

5 結(jié)論

第一，影響吊桿下料長度的因素較多，尤其是剩余預(yù)拱度這點很關(guān)鍵，需實測吊桿安裝之前的拱軸線形標(biāo)高，并與制造線形進(jìn)行比較，了解吊桿安裝之前的主拱圈下降了多少，從而得到剩余的設(shè)計預(yù)拱度。

第二，縱橫梁吊裝定位標(biāo)高計算考慮鋪裝層厚度、橫梁橫坡、0.5 倍活載（汽車+人群）、后續(xù)構(gòu)件（橋面板、二期鋪裝）對縱橫梁位移的影響。

第三，通過對吊桿下料長度、縱橫梁定位標(biāo)高的影響因素進(jìn)行分析并計算，為同類橋梁提供一定的借鑒意義。