劲性骨架拱桥不同边界条件吊装对比分析

文/游佐巧 重庆交通大学 重庆 400074

熊邵辉 招商局重庆交通科研设计院有限公司 重庆 400067

1、引言

大跨度劲性骨架拱桥的施工方式广泛采取缆索吊装斜拉扣挂法。劲性骨架拱肋在工厂预制后运送到施工现场，在现场经过预拼装后采用缆索吊装法进行节段吊装施工。王锋[1]以落步溪大桥为研究对象在钢骨架合龙后，分析了下弦钢管铰接在拱座上，上下弦钢管的应力；文献[2][3]分别采取拱脚固结和铰接的方式进行劲性骨架吊装施工研究。但这些研究都没有详细说明两种吊装方式的差异。本文以实际工程为例对比分析不同边界条件吊装下拱肋线形及内力。

2、工程概况及仿真模型

大桥为计算跨径155m的上承式钢筋混凝土劲性骨架拱桥。骨架采用3条平行的钢管拱肋以横撑连接成整体。整条拱肋为等截面桁架，采用6根402mm×32mm材质为Q345C的钢管组成，采用拱轴系数m=1.99的悬链线，计算矢高f=39.3。

骨架的吊装施工利用Midas Civil有限元软件进行模拟，其中骨架采用梁单元，扣索采用只受拉桁架单元，扣索及预埋段采用固结约束。现分别建立两个模型模拟骨架节段固结吊装和铰接吊装。其中固结吊装模型预埋段固结，节段之间共用节点形成刚性连接。铰接吊装模型预埋段固结，为了模拟节段之间采用铰接施工，利用Midas Civil将节段之间连接单元刚度缩小200倍进行铰接模拟。

3、吊装对比分析

3.1 拱肋线形计算结果对比分析

劲性骨架合龙后的线形不易改变，为了达到与设计要求相符的线形，拱肋节段在施工中需要不断对已吊装节段进行线形调整。采用固结约束与铰接约束吊装拱肋节段都可以对其线形进行调整。施工阶段各节段端部竖向位移（由于对称仅列半跨数据）见表1所示。

3.2 拱肋应力计算结果对比分析

劲性骨架拱肋吊装施工中骨架钢管会产生应力，采用不同边界条件下的吊装施工各节段拱肋应力也不相同。两种边界条件下的节段吊装在各施工阶段下节段连接点下缘应力（仅列半跨下缘数据）见表2所示。

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结论：

在相同索力条件下，采用铰接约束吊装的成拱竖向位移要大于固结约束吊装。铰接约束吊装更有利于在施工中调整拱肋线形并且成拱的上下缘应力整体上要小于固结约束吊装，成拱应力状态更优，更有利于挖掘拱肋极限承载力。