甘河沟大桥拱架设计分析

罗 翱，文远松，刘 庆

(贵州新联爆破工程有限公司，贵州 贵阳 550003)

甘河沟大桥拱架设计分析

罗 翱，文远松，刘 庆

(贵州新联爆破工程有限公司，贵州 贵阳 550003)

对毕节市双山新区梨新大道甘河沟大桥悬拼钢拱架现浇施工拱架进行设计分析，按照混凝土采用竖向分环、纵向分段原则进行浇筑，采用MIDASCIVIL2010计算软件进行空间杆件建模，计算结果表明在一般状态下拱架最大应力发生在拱圈浇筑腹板及横隔板，温度影响时应力增长较小；钢拱架强度满足规范要求且具有一定安全储备，为后续施工过程不均匀荷载留下足够安全储备；钢拱架挠度在工况3和工况5情况下大于容许值，由于计算模型假设和荷载取值趋于保守，最终以工况4控制拱架挠度较为合理。

拱架；安全储备；挠度

1 工程概况

贵州省毕节市双山新区梨新大道甘河沟大桥起讫桩号：K2+530.000-K2+850.000，全长320 m；采用3×30 m箱梁+125 m箱型拱桥+3×30 mx箱梁,矢跨比f0/L0=1/5，拱轴系数m=1.756，大桥分为左右两幅拱桥，每幅桥面宽23.0 m，设有1.6%纵坡和1.5%横坡。根据设计要求甘河沟大桥主拱圈施工采用悬拼钢拱架现浇施工，采用“竖向分环、纵向分段”进行浇筑。

2 拱架设计

2.1 拱架结构形式

(1)标准节段。标准节段上下弦杆设计为L200×125×18角钢，竖腹杆和斜腹杆设计为L70×5角钢，横向联系杆件设计为L50×5角钢。采用下弦阴阳铰接，上弦杆通过球头调节螺杆阳端和阴端调节上弦长度，通过调节螺杆左右两侧布置M38×600连接螺栓，上、下弦外侧布置与平联连接锚固构件以安装连接套筒和M22连接螺栓；纵向两端面、靠上、下弦处布置与横联连接锚固构件以安装连接套筒和M22连接螺栓，套筒孔径24 mm。

(2)拱顶节段。拱顶节段安装前为分离相同两个分节段。顺桥向理论净距336 mm，就位后用连接钢板长度消化安装累积误差。上、下弦主角钢内外侧安装采用L×200×10连接钢板A，上弦主角钢上缘和下弦主角钢下缘安装采用L×125×20连接钢板B。两分节段间布置一组斜撑，上、下弦与连接钢板用螺栓群连接。

(3)拱脚节段。拱脚节段由上下弦及竖腹杆和拱铰构成，上弦设计为L200×125×18角钢与两块18 mm钢板焊接为箱形断面；竖腹杆设计为L160×100×12角钢与两块12 mm钢板焊接为箱形断面。拱脚铰设计为299×16 mm无缝Q345B钢管，钢管与上、下弦用钢板连接，横向布置加强肋板。拱铰弧面半径为149.5 mm。

(4)横联和平联。平联，钢拱架横断面上设计九道基本节段和八组联结系。平联通过空心套筒与M22螺栓与基本节段连接。横向构件用L70×5角钢；纵向构件用L50×5角钢；剪力撑用L50×5角钢，交叉点用节点板连接；横联，横联通过空心套筒与M22螺栓与基本节段连接。

2.2 材料参数

拱架材料参数见表1所示。

表1 主要材料参数表

注：计算中质量重力换算按偏安全考虑，取重力加速度

3 拱架验算

3.1 计算架设

主拱圈混凝土采用拱架现浇方法施工。混凝土分层浇筑分层位置：第一层浇筑拱圈底板及下马蹄；第二层浇筑上下马蹄间腹板及横隔板；第三层浇筑上马蹄及顶板。

拱架由拱脚节段、标准节段和拱顶调节段组成并支承在临时拱座上。在横桥向单幅拱圈一共布置9排拱架，每排拱架由32片标准节段、2个拱脚节段和2个拱顶节段组成。拱架顶面与拱圈底面间隔10～20 cm，通过木板调节底模高程，底模采用木模，侧模采用异型钢模。

钢拱架验算采用MIDAS CIVIL 2010计算软件空间杆件建模验算，拱脚位置设为纵向铰接，拱顶位置设水平约束。

在混凝土底板至腹板及横隔板混凝土浇筑完成前，不考虑混凝土拱圈与钢拱架联合作用情况下，待主拱圈开口箱达到设计强度后考虑主拱圈与钢拱架共同受力。钢拱架按最不利位置计算最不利受力阶段为腹板及横隔板浇注完成，混凝土开口箱未达到设计强度时以此阶段控制钢拱架强度验算，不考虑分段加载应力逐渐变化。拱圈开口箱达到设计强度时拱圈顶板荷载由开口箱支承，对拱架产生附加应力很小，不再计算顶板施工时拱架受力状态。施工中拱架横向连接稳定，底板混凝土合龙并达到设计强度后浇注腹板及横隔板，底板已参与钢拱架协同受力，故上述计算假设偏于安全。拱架横向宽度大于拱圈横向宽度，稳定性满足要求不进行验算。

3.2 计算参数

(1)容许应力取值

杆件容许应力取值应进行压杆稳定性折减，其他部件容许应力取值参照表2，杆件容许应力取值如下表2所示。

(2)计算工况

为简化计算过程和施工时取值，计算以下主要工况(钢筋混凝土自重按26 kN/m3计)满足施工需要。

工况1：拱架自重(自重系数为1.3)；

工况2：工况1+施工荷载(拱圈模板、木板和作业荷载，按1 kN/m2考虑，折算后为2.86 kN/m2)；

表2 拱架杆件容许应力表

工况3：工况2+拱圈底板荷载(折算为27.86 kN/m2)+ 拱圈腹板及横隔板荷载(折算为21.3 kN/m2)+混凝土振捣荷载(按2 kN/m2考虑)；

工况4：工况2+1.2拱圈底板荷载(预压状态)；

工况5：工况3+整体温差±15 ℃(仅作参考)。

3.3 拱架计算结果

根据计算假设和计算工况进行计算。

工况2：拱架最大应力36.0 MPa，支架竖向位移17.5 mm，支点反力水平向38.9 t，竖向为36.3 t。

工况3：拱架最大应力229.3 MPa，支架竖向位移121.3 mm，支点反力水平向258.8 t，竖向231.4 t。

工况4：拱架最大应力163.2 MPa，支架竖向位移86.7 mm，支点反力水平向183.7 t，竖向164.3 t。

工况5：拱架最大应力241.4 MPa，支架竖向位移145.4 mm，支点反力水平向258 t，竖向231.4 t。

拱架在各个工况下构件计算结果见表3、表4所示。

表3 拱架应力计算结果表 单位：MPa

注：表内正为压应力，负为拉应力，括弧内数值为温度效应下容许应力值。

表4 拱架位移及反力计算结果表

4 结 论

一般状态下拱架最大应力发生在拱圈浇筑腹板及横隔板，温度影响时应力增长较小；钢拱架强度满足规范要求且具有一定安全储备，为后续施工过程不均匀荷载留下足够安全储备；钢拱架挠度在工况3和工况5情况下大于容许值，由于计算模型假设和荷载取值保守最终应以工况4控制拱架挠度较合理。施工中需处理好拱脚构造、及时安装桁片间联结系,在拱架两侧设置四道浪风绳，采取措施保证拱架受力均匀性。

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1008-3383(2017)09-0103-02

2017-02-11