某自锚上承式拱桥拱肋现浇支架施工技术研究

2015-02-10静国锋

交通科技 2015年2期

静国锋

（中铁一局集团桥梁工程有限公司重庆 401121）

上承式拱桥不但造型优美，而且具有较大的竖向和侧向刚度，体现出优良的空间稳定性。当采用自锚式受力体系后，通过张拉系杆平衡拱肋的水平推力，使得其跨度有了大幅度的提高，并且可以不受地质条件的制约而被广泛的采用。拱肋结构的形成总体可以归纳为缆索吊装法施工、支架法施工2大类［1－2］，而对于自锚上承式拱桥而言，支架法施工占绝大多数。当桥梁跨度较小且地质条件较好时，采用满堂红脚手架法施工较为适宜；当桥梁跨度较大且地质条件较差时，则需要采用梁柱式支架结构［3］。

拱桥的现浇支架与一般的梁桥现浇支架有显著的区别，主要体现为其支架系统承担着相当数量级的水平荷载，于是减小水平荷载在支架系统内的效应就成为支架成功实施的关键。本文对一座自锚上承式拱桥的拱肋现浇支架施工技术进行研究，着重介绍拉杆协作体系支架、异型帽梁技术对保证该桥顺利施工的作用［4］。

1 工程概况

沪杭客运专线海杭特大桥上跨石大公路为自锚上承式拱桥，孔跨组成为88m＋160m＋88m，拱肋采用抛物线线形，矢跨比为1／6，见图1。

图1 桥梁立面图（单位：m）

大桥边、中跨拱肋拱顶截面高为4m，拱脚截面高为6m，拱肋横向宽度8m，采用单箱室截面。拱肋上设置3个拱上立柱，支承20m＋22m＋22m＋20m连续梁，为配合拱肋曲线变化，连续梁边跨截面高度采用变截面，梁端截面高度4m，跨中截面高度采用3m，连续梁与拱肋结构分离。

本桥采用转体法施工，单个转体结构长度为158m，在平行被跨道路旁采用支架法现浇，支架系统采用贝雷梁加钢管柱的形式，见图2。立柱采用直径×壁厚为630mm×10mm钢管，最高约25.3m，下部埋置在直径1.0m的钻孔群桩加承台基础内，上部埋置在异型钢筋混凝土帽梁内。

图2 1／2现浇段支架立面图（单位：m）

单个转体结构拱肋部分混凝土共计5 136 m3，主墩每侧为2 568m3，分3个节段进行浇注，水平投影长度分别为24，26，25m。立柱分为A（9根）、B（9根）、C（9根）、D（6根）、E（3根）5种类型，其中A型立柱与B型立柱间为预留施工通道不设置横向连接系，采用与主墩对侧A型立柱对拉2束19孔Φj15.24mm预应力钢绞线的形式形成整体并承担水平荷载，其余支架间设置直径×壁厚为325mm×6mm钢管平联及斜撑。

贝雷梁通过预埋在异型帽梁内的型钢支座及钢带与其连接，共计5跨，拱肋横断面范围内布置25排，最大跨度为20.0m，见图3。拱肋的弧线调整采用0.15m宽、不同高度的方木组合实现，方木上铺设12mm厚竹胶板作为拱肋底模。

图3 现浇支架横断面布置图（单位：m）

2 有限元模型

根据支架设计图纸采用通用有限元软件Ansys建立有限元模型，其中包括贝雷梁、钢管柱、异型帽梁等主要构件，见图4。计算荷载包括：结构自重，容重按26.5kN／m3计；模板系统重，按2.0kN／m2计；施工人、机具重，按2.5kN／m2计；混凝土振捣重，按2.0kN／m2计［5］；结构超方重，按结构自重的5%计；风荷载，按0.8kN／m2计。模型边界条件根据实际情况按照刚性支座模拟。

图4 支架有限元模型

3 贝雷梁计算分析

经计算分析，5跨贝雷梁的应力及位移均满足规范的相关要求［5］，详细数据见表1。

表1 贝雷梁应力及位移表

4 拉杆协作体系分析

经初步计算，A立柱所受内力最大，然后依次为B～E，见表2。以A立柱为例对表中数据进行分析，可知钢管结构内的最大应力已达260MPa，远超Q235钢材容许应力。

为减小支架结构内部的竖向荷载效应，采用在A，B立柱每根钢管内填充C30混凝土的措施，增加其承压能力及提高其稳定性，A、B立柱按照钢管混凝土模拟计算；在C～E立柱每根钢管内填充干燥的石英砂，并在其顶部1.0m范围内填筑混凝土进行封闭，以提高其稳定性，C，E立柱按照钢管模拟计算。

为减小支架结构内部的水平荷载效应，采用对拉协作体系的处理方法，即在主墩两侧A型立柱帽梁内预埋塑料波纹管及锚垫板，于拱肋混凝土浇筑前张拉预应力钢绞线，经试算最终选取张拉力为700kN，得到了较为理想的结果，通过钢绞线锚固产生的水平力有效地减小了支架内部的水平荷载效应，见表3。

表2 A～E立柱底总内力汇总表（初算）

表3 A～E立柱底总内力汇总表（调整）

对比表2、表3可知，立柱A底的轴力、弯矩、剪力在采用了拉杆协作体系后有了明显的降低，分别为19.3%，18.7%，18.6%，再结合上述采取的措施，对立柱A构件截面特性进行调整，重新验算钢管结构，其最大应力已降至118.4MPa，满足规范的限值要求。

5 异型帽梁构造措施

异型帽梁是支架系统中最为重要的构件，通过自身刚度将贝雷梁、对拉钢绞线（A立柱）的荷载均匀传递到每根钢管立柱的，是关键节点，具体构造见图5。

图5 异型帽梁大样图

异型帽梁采用C40钢筋混凝土结构，横桥向宽12.0m。为有效传递贝雷梁上弦杆的压力及下弦杆的拉力，在每片贝雷梁弦杆对应位置处预埋2块40mm厚、200mm高的16Mn钢带，钢带与钢带之间采用槽10型钢组焊形成劲型骨架，并在钢带两侧焊接直径16mm钢筋形成剪力钉以保证钢混之间可靠连接，钢带两端镗孔与贝雷梁通过销轴铰接连接。

为有效传递并分散贝雷梁支点外的反力，设置双拼槽20型钢支座，与异型帽梁等宽埋置其中。