甘河溝大橋拱架設(shè)計(jì)分析

羅 翱，文遠(yuǎn)松，劉 慶

(貴州新聯(lián)爆破工程有限公司，貴州 貴陽 550003)

甘河溝大橋拱架設(shè)計(jì)分析

羅 翱，文遠(yuǎn)松，劉 慶

(貴州新聯(lián)爆破工程有限公司，貴州 貴陽 550003)

對畢節(jié)市雙山新區(qū)梨新大道甘河溝大橋懸拼鋼拱架現(xiàn)澆施工拱架進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，按照混凝土采用豎向分環(huán)、縱向分段原則進(jìn)行澆筑，采用MIDASCIVIL2010計(jì)算軟件進(jìn)行空間桿件建模，計(jì)算結(jié)果表明在一般狀態(tài)下拱架最大應(yīng)力發(fā)生在拱圈澆筑腹板及橫隔板，溫度影響時(shí)應(yīng)力增長較??；鋼拱架強(qiáng)度滿足規(guī)范要求且具有一定安全儲(chǔ)備，為后續(xù)施工過程不均勻荷載留下足夠安全儲(chǔ)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(jì)算模型假設(shè)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(chǔ)備；撓度

1 工程概況

貴州省畢節(jié)市雙山新區(qū)梨新大道甘河溝大橋起訖樁號(hào)：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(shù)m=1.756，大橋分為左右兩幅拱橋，每幅橋面寬23.0 m，設(shè)有1.6%縱坡和1.5%橫坡。根據(jù)設(shè)計(jì)要求甘河溝大橋主拱圈施工采用懸拼鋼拱架現(xiàn)澆施工，采用“豎向分環(huán)、縱向分段”進(jìn)行澆筑。

2 拱架設(shè)計(jì)

2.1 拱架結(jié)構(gòu)形式

(1)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段上下弦桿設(shè)計(jì)為L200×125×18角鋼，豎腹桿和斜腹桿設(shè)計(jì)為L70×5角鋼，橫向聯(lián)系桿件設(shè)計(jì)為L50×5角鋼。采用下弦陰陽鉸接，上弦桿通過球頭調(diào)節(jié)螺桿陽端和陰端調(diào)節(jié)上弦長度，通過調(diào)節(jié)螺桿左右兩側(cè)布置M38×600連接螺栓，上、下弦外側(cè)布置與平聯(lián)連接錨固構(gòu)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(lián)連接錨固構(gòu)件以安裝連接套筒和M22連接螺栓，套筒孔徑24 mm。

(2)拱頂節(jié)段。拱頂節(jié)段安裝前為分離相同兩個(gè)分節(jié)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(nèi)外側(cè)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(jié)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(jié)段。拱腳節(jié)段由上下弦及豎腹桿和拱鉸構(gòu)成，上弦設(shè)計(jì)為L200×125×18角鋼與兩塊18 mm鋼板焊接為箱形斷面；豎腹桿設(shè)計(jì)為L160×100×12角鋼與兩塊12 mm鋼板焊接為箱形斷面。拱腳鉸設(shè)計(jì)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(qiáng)肋板。拱鉸弧面半徑為149.5 mm。

(4)橫聯(lián)和平聯(lián)。平聯(lián)，鋼拱架橫斷面上設(shè)計(jì)九道基本節(jié)段和八組聯(lián)結(jié)系。平聯(lián)通過空心套筒與M22螺栓與基本節(jié)段連接。橫向構(gòu)件用L70×5角鋼；縱向構(gòu)件用L50×5角鋼；剪力撐用L50×5角鋼，交叉點(diǎn)用節(jié)點(diǎn)板連接；橫聯(lián)，橫聯(lián)通過空心套筒與M22螺栓與基本節(jié)段連接。

2.2 材料參數(shù)

拱架材料參數(shù)見表1所示。

表1 主要材料參數(shù)表

注：計(jì)算中質(zhì)量重力換算按偏安全考慮，取重力加速度

3 拱架驗(yàn)算

3.1 計(jì)算架設(shè)

主拱圈混凝土采用拱架現(xiàn)澆方法施工?；炷练謱訚仓謱游恢茫旱谝粚訚仓叭Φ装寮跋埋R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(jié)段、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段和拱頂調(diào)節(jié)段組成并支承在臨時(shí)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(biāo)準(zhǔn)節(jié)段、2個(gè)拱腳節(jié)段和2個(gè)拱頂節(jié)段組成。拱架頂面與拱圈底面間隔10～20 cm，通過木板調(diào)節(jié)底模高程，底模采用木模，側(cè)模采用異型鋼模。

鋼拱架驗(yàn)算采用MIDAS CIVIL 2010計(jì)算軟件空間桿件建模驗(yàn)算，拱腳位置設(shè)為縱向鉸接，拱頂位置設(shè)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(lián)合作用情況下，待主拱圈開口箱達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)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(jì)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(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)以此階段控制鋼拱架強(qiáng)度驗(yàn)算，不考慮分段加載應(yīng)力逐漸變化。拱圈開口箱達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)拱圈頂板荷載由開口箱支承，對拱架產(chǎn)生附加應(yīng)力很小，不再計(jì)算頂板施工時(shí)拱架受力狀態(tài)。施工中拱架橫向連接穩(wěn)定，底板混凝土合龍并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后澆注腹板及橫隔板，底板已參與鋼拱架協(xié)同受力，故上述計(jì)算假設(shè)偏于安全。拱架橫向?qū)挾却笥诠叭M向?qū)挾?，穩(wěn)定性滿足要求不進(jìn)行驗(yàn)算。

3.2 計(jì)算參數(shù)

(1)容許應(yīng)力取值

桿件容許應(yīng)力取值應(yīng)進(jìn)行壓桿穩(wěn)定性折減，其他部件容許應(yīng)力取值參照表2，桿件容許應(yīng)力取值如下表2所示。

(2)計(jì)算工況

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

工況1：拱架自重(自重系數(shù)為1.3)；

工況2：工況1+施工荷載(拱圈模板、木板和作業(yè)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(yīng)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(yù)壓狀態(tài))；

工況5：工況3+整體溫差±15 ℃(僅作參考)。

3.3 拱架計(jì)算結(jié)果

根據(jù)計(jì)算假設(shè)和計(jì)算工況進(jìn)行計(jì)算。

工況2：拱架最大應(yīng)力36.0 MPa，支架豎向位移17.5 mm，支點(diǎn)反力水平向38.9 t，豎向?yàn)?6.3 t。

工況3：拱架最大應(yīng)力229.3 MPa，支架豎向位移121.3 mm，支點(diǎn)反力水平向258.8 t，豎向231.4 t。

工況4：拱架最大應(yīng)力163.2 MPa，支架豎向位移86.7 mm，支點(diǎn)反力水平向183.7 t，豎向164.3 t。

工況5：拱架最大應(yīng)力241.4 MPa，支架豎向位移145.4 mm，支點(diǎn)反力水平向258 t，豎向231.4 t。

拱架在各個(gè)工況下構(gòu)件計(jì)算結(jié)果見表3、表4所示。

表3 拱架應(yīng)力計(jì)算結(jié)果表 單位：MPa

注：表內(nèi)正為壓應(yīng)力，負(fù)為拉應(yīng)力，括弧內(nèi)數(shù)值為溫度效應(yīng)下容許應(yīng)力值。

表4 拱架位移及反力計(jì)算結(jié)果表

4 結(jié) 論

一般狀態(tài)下拱架最大應(yīng)力發(fā)生在拱圈澆筑腹板及橫隔板，溫度影響時(shí)應(yīng)力增長較??；鋼拱架強(qiáng)度滿足規(guī)范要求且具有一定安全儲(chǔ)備，為后續(xù)施工過程不均勻荷載留下足夠安全儲(chǔ)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(jì)算模型假設(shè)和荷載取值保守最終應(yīng)以工況4控制拱架撓度較合理。施工中需處理好拱腳構(gòu)造、及時(shí)安裝桁片間聯(lián)結(jié)系,在拱架兩側(cè)設(shè)置四道浪風(fēng)繩，采取措施保證拱架受力均勻性。

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[2] 馬峰,張利斌.混凝土箱形拱橋施工用鋼拱架的設(shè)計(jì)和應(yīng)用[J].中外公路，2016，(3)：173-176.

[3] 張靜靜,張玉平,李傳習(xí).基于拱架-拱圈聯(lián)合作用的鋼拱架應(yīng)力分析[J].公路與汽運(yùn)，2016，(3)：165-168.

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2017-02-11