儒乐湖大桥拱脚V撑局部受力分析

曾天宝,张 琳

（1.南昌市城市规划设计研究总院，江西 南昌 330038；2.江西省交通科学研究院，江西 南昌 330038）

1 工程概况

儒乐湖大桥是港口大道快速路工程的关键节点，该桥位于儒乐湖风景区，上跨儒乐湖，景观要求特别高。桥跨处湖宽约400 m，主桥拟采用25+40+50+3×60+50+40+25=410（m）连续梁拱组合式桥梁方案。该桥拱肋就像是湖边展翅高飞的白鹤，寓意为“落霞与孤鹜起飞，秋水共长天一色”，效果图如图1所示。

图1 儒乐湖大桥效果图

该桥全长410 m，桥宽85 m，纵桥向为整体一联，横桥向共分4幅桥，每幅桥宽21.25 m。设计荷载等级为城市A级。拱肋采用矩形板式混凝土肋板，截面梁高由拱梁连接处向变化，截面宽17.23m，相邻实心拱圈拱脚以2 m直线段的实心混凝土截面相连，直线段的实心混凝土距离桥面系的空心箱梁截面的最低高度为1.654 m。连续箱梁截面为单箱四室截面，箱梁顶面宽21.23 m，底宽17.23 m，两侧悬臂长2.0 m，梁高由跨中的1.8 m渐变到拱梁连接处5.95 m。桥型布置图如图2所示。

图2 儒乐湖大桥桥型布置图

2 计算分析

儒乐湖大桥拱脚V撑是整体整个桥梁的受力关键点，拱脚V撑的受力安全关系到整个桥梁的安全。因此有必要对拱脚V撑进行局部受力分析。该桥采用midas2012计算软件进行施工过程仿真计算，整个计算步骤将按桥梁施工架设过程进行，直至大桥合拢，对设计计算所确定的成桥状态和施工状态进行复核，并形成相应的施工、成桥仿真分析成果。图3、图4为全桥计算模型及施工阶段计算模型。

图3 儒乐湖大桥计算模型

图4 施工阶段模拟图

根据施工阶段的模拟分析，整个过程的计算结果如图5～图26所示。

图5 3456号墩拱肋施工过程顶缘应力云图

图6 3456号墩拱肋施工过程底缘应力云图

3456号墩拱肋施工过程，拱脚V撑顶缘应力最大值为0.12 MPa；拱脚V撑底缘应力最大值为-0.12 MPa。

图7 3456号墩拱肋拉索施工过程顶缘应力云图

图8 3456号墩拱肋拉索施工过程底缘应力云图

3456号墩拱肋拉索施工过程，拱脚V撑顶缘应力最大值为-0.357 MPa；拱脚V撑底缘应力最大值为0.117 MPa。

图9 3456号墩上部箱梁施工过程顶缘应力云图

图10 3456号墩上部箱梁施工过程底缘应力云图

3456号墩上部箱梁施工过程，拱脚V撑顶缘应力最大值为0.533 MPa，V撑连接箱梁顶缘应力最大值为0.514 MPa；拱脚V撑底缘应力最大值为-1.238 MPa，V撑连接箱梁底缘应力最大值为0.404 MPa。

图11 3456号墩上部箱梁张拉预应力施工过程顶缘应力云图

图12 3456号墩上部箱梁张拉预应力施工过程底缘应力云图

3456号墩上部箱梁张拉预应力施工过程，拱脚V撑顶缘应力最大值为-2.826 MPa，V撑连接箱梁顶缘应力最大值为-9.66MPa；拱脚V撑底缘应力最大值为0.61 MPa，V撑连接箱梁底缘应力最大值为-6.59 MPa。

图13 3456号墩上部箱梁中跨合拢张拉预应力索施工过程顶缘应力云图

图14 3456号墩上部箱梁中跨合拢张拉预应力索施工过程底缘应力云图

3456号墩上部箱梁中跨合拢张拉预应力索施工过程，拱脚V撑顶缘应力最大值为1.064 MPa，V撑连接箱梁顶缘应力最大值为-11.22 MPa；拱脚V撑底缘应力最大值为1.037 MPa，V撑连接箱梁底缘应力最大值为-6.459 MPa。

图15 拆除3456号墩扣索，部分支架施工过程顶缘应力云图

图16 拆除3456号墩扣索，部分支架施工过程底缘应力云图

拆除3456号墩扣索过程，拱脚V撑上缘应力最大值为1.612 MPa，V撑连接箱梁上缘应力最大值为-11.18MPa；拱脚V撑下缘应力最大值为1.046MPa，V撑连接箱梁下缘应力最大值为-6.779 MPa。

图17 1278号墩上部箱梁张拉预应力索施工过程顶缘应力云图

图18 1278号墩上部箱梁张拉预应力索施工过程底缘应力云图

1278号墩上部箱梁张拉预应力过程，拱脚V撑顶缘应力最大值为1.736 MPa，V撑连接箱梁顶缘应力最大值为-11.62 MPa；拱脚V撑底缘应力最大值为0.574 MPa，V撑连接箱梁底缘应力最大值为-8.481 MPa。

图19 边跨合拢时施工过程顶缘应力云图

图20 边跨合拢时施工过程底缘应力云图

边跨合拢阶段，拱脚V撑顶缘应力最大值为1.538MPa，V撑连接箱梁顶缘应力最大值为-11.42MPa；拱脚V撑底缘应力最大值为0.528 MPa，V撑连接箱梁底缘应力最大值为-9.541 MPa。

图21 拆除1289号墩扣索，支架施工过程顶缘应力云图

图22 拆除1289号墩扣索，支架施工过程底缘应力云图

拆除支架过程，拱脚V撑顶缘应力最大值为1.545MPa，V撑连接箱梁顶缘应力最大值为-11.43MPa；拱脚V撑底缘应力最大值为0.337 MPa，V撑连接箱梁底缘应力最大值为-11.43 MPa。

图23 二期恒载施工过程顶缘应力云图

图24 二期恒载施工过程底缘应力云图

二期恒载施工过程，拱脚V撑顶缘应力最大值为1.519 MPa，V撑连接箱梁顶缘应力最大值为-11.59MPa；拱脚V撑底缘应力最大值为-5.788MPa，V撑连接箱梁顶缘应力最大值为-8.886 MPa。

图25 成桥10年顶缘应力云图

图26 成桥10年底缘应力云图

二期恒载施工过程，拱脚V撑顶缘应力最大值为1.167 MPa，V撑连接箱梁顶缘应力最大值为-11.523MPa；拱脚V撑底缘应力最大值为-6.662MPa，V撑连接箱梁顶缘应力最大值为-9.420 MPa。

根据计算结果，在拱脚V撑区域施工过程中，拱脚顶缘在不同的施工状态下受拉值变化不同。因此，施工过程中需重点关注拱脚顶面的受力状态，并严格控制扣索索力和施工顺序。

3 结论

根据计算结果及施工过程的比较，得出以下结论：

（1）该桥拱肋在设计荷载作用下具有足够的安全性，并具有一定的承受超载的能力。

（2）在施加了预应力之后，拱脚V撑区域基本为受压状态，达到了理论设计中纵向预应力的预期目的。

（3）主梁混凝土施工过程中对拱肋承压面局部区域应力相对较大，在施工过程中需增设临时预应力或劲型骨架等措施，确保施工阶段拱肋的安全，设计中宜对该局部区域采取加设钢筋网等构造措施予以加强。