儒樂湖大橋拱腳V撐局部受力分析

曾天寶,張 琳

（1.南昌市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院，江西 南昌 330038；2.江西省交通科學(xué)研究院，江西 南昌 330038）

1 工程概況

儒樂湖大橋是港口大道快速路工程的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，該橋位于儒樂湖風(fēng)景區(qū)，上跨儒樂湖，景觀要求特別高。橋跨處湖寬約400 m，主橋擬采用25+40+50+3×60+50+40+25=410（m）連續(xù)梁拱組合式橋梁方案。該橋拱肋就像是湖邊展翅高飛的白鶴，寓意為“落霞與孤鶩起飛，秋水共長(zhǎng)天一色”，效果圖如圖1所示。

圖1 儒樂湖大橋效果圖

該橋全長(zhǎng)410 m，橋?qū)?5 m，縱橋向?yàn)檎w一聯(lián)，橫橋向共分4幅橋，每幅橋?qū)?1.25 m。設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為城市A級(jí)。拱肋采用矩形板式混凝土肋板，截面梁高由拱梁連接處向變化，截面寬17.23m，相鄰實(shí)心拱圈拱腳以2 m直線段的實(shí)心混凝土截面相連，直線段的實(shí)心混凝土距離橋面系的空心箱梁截面的最低高度為1.654 m。連續(xù)箱梁截面為單箱四室截面，箱梁頂面寬21.23 m，底寬17.23 m，兩側(cè)懸臂長(zhǎng)2.0 m，梁高由跨中的1.8 m漸變到拱梁連接處5.95 m。橋型布置圖如圖2所示。

圖2 儒樂湖大橋橋型布置圖

2 計(jì)算分析

儒樂湖大橋拱腳V撐是整體整個(gè)橋梁的受力關(guān)鍵點(diǎn)，拱腳V撐的受力安全關(guān)系到整個(gè)橋梁的安全。因此有必要對(duì)拱腳V撐進(jìn)行局部受力分析。該橋采用midas2012計(jì)算軟件進(jìn)行施工過程仿真計(jì)算，整個(gè)計(jì)算步驟將按橋梁施工架設(shè)過程進(jìn)行，直至大橋合攏，對(duì)設(shè)計(jì)計(jì)算所確定的成橋狀態(tài)和施工狀態(tài)進(jìn)行復(fù)核，并形成相應(yīng)的施工、成橋仿真分析成果。圖3、圖4為全橋計(jì)算模型及施工階段計(jì)算模型。

圖3 儒樂湖大橋計(jì)算模型

圖4 施工階段模擬圖

根據(jù)施工階段的模擬分析，整個(gè)過程的計(jì)算結(jié)果如圖5～圖26所示。

圖5 3456號(hào)墩拱肋施工過程頂緣應(yīng)力云圖

圖6 3456號(hào)墩拱肋施工過程底緣應(yīng)力云圖

3456號(hào)墩拱肋施工過程，拱腳V撐頂緣應(yīng)力最大值為0.12 MPa；拱腳V撐底緣應(yīng)力最大值為-0.12 MPa。

圖7 3456號(hào)墩拱肋拉索施工過程頂緣應(yīng)力云圖

圖8 3456號(hào)墩拱肋拉索施工過程底緣應(yīng)力云圖

3456號(hào)墩拱肋拉索施工過程，拱腳V撐頂緣應(yīng)力最大值為-0.357 MPa；拱腳V撐底緣應(yīng)力最大值為0.117 MPa。

圖9 3456號(hào)墩上部箱梁施工過程頂緣應(yīng)力云圖

圖10 3456號(hào)墩上部箱梁施工過程底緣應(yīng)力云圖

3456號(hào)墩上部箱梁施工過程，拱腳V撐頂緣應(yīng)力最大值為0.533 MPa，V撐連接箱梁頂緣應(yīng)力最大值為0.514 MPa；拱腳V撐底緣應(yīng)力最大值為-1.238 MPa，V撐連接箱梁底緣應(yīng)力最大值為0.404 MPa。

圖11 3456號(hào)墩上部箱梁張拉預(yù)應(yīng)力施工過程頂緣應(yīng)力云圖

圖12 3456號(hào)墩上部箱梁張拉預(yù)應(yīng)力施工過程底緣應(yīng)力云圖

3456號(hào)墩上部箱梁張拉預(yù)應(yīng)力施工過程，拱腳V撐頂緣應(yīng)力最大值為-2.826 MPa，V撐連接箱梁頂緣應(yīng)力最大值為-9.66MPa；拱腳V撐底緣應(yīng)力最大值為0.61 MPa，V撐連接箱梁底緣應(yīng)力最大值為-6.59 MPa。

圖13 3456號(hào)墩上部箱梁中跨合攏張拉預(yù)應(yīng)力索施工過程頂緣應(yīng)力云圖

圖14 3456號(hào)墩上部箱梁中跨合攏張拉預(yù)應(yīng)力索施工過程底緣應(yīng)力云圖

3456號(hào)墩上部箱梁中跨合攏張拉預(yù)應(yīng)力索施工過程，拱腳V撐頂緣應(yīng)力最大值為1.064 MPa，V撐連接箱梁頂緣應(yīng)力最大值為-11.22 MPa；拱腳V撐底緣應(yīng)力最大值為1.037 MPa，V撐連接箱梁底緣應(yīng)力最大值為-6.459 MPa。

圖15 拆除3456號(hào)墩扣索，部分支架施工過程頂緣應(yīng)力云圖

圖16 拆除3456號(hào)墩扣索，部分支架施工過程底緣應(yīng)力云圖

拆除3456號(hào)墩扣索過程，拱腳V撐上緣應(yīng)力最大值為1.612 MPa，V撐連接箱梁上緣應(yīng)力最大值為-11.18MPa；拱腳V撐下緣應(yīng)力最大值為1.046MPa，V撐連接箱梁下緣應(yīng)力最大值為-6.779 MPa。

圖17 1278號(hào)墩上部箱梁張拉預(yù)應(yīng)力索施工過程頂緣應(yīng)力云圖

圖18 1278號(hào)墩上部箱梁張拉預(yù)應(yīng)力索施工過程底緣應(yīng)力云圖

1278號(hào)墩上部箱梁張拉預(yù)應(yīng)力過程，拱腳V撐頂緣應(yīng)力最大值為1.736 MPa，V撐連接箱梁頂緣應(yīng)力最大值為-11.62 MPa；拱腳V撐底緣應(yīng)力最大值為0.574 MPa，V撐連接箱梁底緣應(yīng)力最大值為-8.481 MPa。

圖19 邊跨合攏時(shí)施工過程頂緣應(yīng)力云圖

圖20 邊跨合攏時(shí)施工過程底緣應(yīng)力云圖

邊跨合攏階段，拱腳V撐頂緣應(yīng)力最大值為1.538MPa，V撐連接箱梁頂緣應(yīng)力最大值為-11.42MPa；拱腳V撐底緣應(yīng)力最大值為0.528 MPa，V撐連接箱梁底緣應(yīng)力最大值為-9.541 MPa。

圖21 拆除1289號(hào)墩扣索，支架施工過程頂緣應(yīng)力云圖

圖22 拆除1289號(hào)墩扣索，支架施工過程底緣應(yīng)力云圖

拆除支架過程，拱腳V撐頂緣應(yīng)力最大值為1.545MPa，V撐連接箱梁頂緣應(yīng)力最大值為-11.43MPa；拱腳V撐底緣應(yīng)力最大值為0.337 MPa，V撐連接箱梁底緣應(yīng)力最大值為-11.43 MPa。

圖23 二期恒載施工過程頂緣應(yīng)力云圖

圖24 二期恒載施工過程底緣應(yīng)力云圖

二期恒載施工過程，拱腳V撐頂緣應(yīng)力最大值為1.519 MPa，V撐連接箱梁頂緣應(yīng)力最大值為-11.59MPa；拱腳V撐底緣應(yīng)力最大值為-5.788MPa，V撐連接箱梁頂緣應(yīng)力最大值為-8.886 MPa。

圖25 成橋10年頂緣應(yīng)力云圖

圖26 成橋10年底緣應(yīng)力云圖

二期恒載施工過程，拱腳V撐頂緣應(yīng)力最大值為1.167 MPa，V撐連接箱梁頂緣應(yīng)力最大值為-11.523MPa；拱腳V撐底緣應(yīng)力最大值為-6.662MPa，V撐連接箱梁頂緣應(yīng)力最大值為-9.420 MPa。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在拱腳V撐區(qū)域施工過程中，拱腳頂緣在不同的施工狀態(tài)下受拉值變化不同。因此，施工過程中需重點(diǎn)關(guān)注拱腳頂面的受力狀態(tài)，并嚴(yán)格控制扣索索力和施工順序。

3 結(jié)論

根據(jù)計(jì)算結(jié)果及施工過程的比較，得出以下結(jié)論：

（1）該橋拱肋在設(shè)計(jì)荷載作用下具有足夠的安全性，并具有一定的承受超載的能力。

（2）在施加了預(yù)應(yīng)力之后，拱腳V撐區(qū)域基本為受壓狀態(tài)，達(dá)到了理論設(shè)計(jì)中縱向預(yù)應(yīng)力的預(yù)期目的。

（3）主梁混凝土施工過程中對(duì)拱肋承壓面局部區(qū)域應(yīng)力相對(duì)較大，在施工過程中需增設(shè)臨時(shí)預(yù)應(yīng)力或勁型骨架等措施，確保施工階段拱肋的安全，設(shè)計(jì)中宜對(duì)該局部區(qū)域采取加設(shè)鋼筋網(wǎng)等構(gòu)造措施予以加強(qiáng)。