SRC截面劲性骨架系杆拱桥初探

罗 实 王微嘉 毛 亮

(中铁二院成都勘察设计研究院有限责任公司，四川 成都 610081)



SRC截面劲性骨架系杆拱桥初探

罗 实 王微嘉 毛 亮

(中铁二院成都勘察设计研究院有限责任公司，四川 成都 610081)

结合梅溪河特大桥工程实例，研究了无支架法施工劲性骨架系杆拱桥的可行性，通过计算骨架、拱肋的变形及应力状态，分析了系杆拱桥的结构受力情况，指出对拱肋进行配重和设置少量预应力钢束，可消除混凝土收缩徐变对结构产生的不利影响。

SRC梁，劲性骨架，系杆拱桥，应力

0 引言

SRC梁及预弯组合梁于20世纪40年代末由比利时工程师利普斯基首次提出，经过数十年的发展已广泛应用于房屋建筑、公路铁路桥梁领域。根据目前国内外应用研究情况，SRC梁及预弯组合梁的最大跨径的适用范围控制在60 m以内，为了扩大其应用范围，为在复杂地质、交通等外部控制因素较多的条件下建桥提供更多的桥梁解决方案，我们结合广梅汕铁路桥梁的现场情况，开展了SRC梁及预弯组合梁桥在系杆拱桥的应用研究，本文重点研究并提出在施工阶段合理配重改善劲性骨架系杆拱桥的受力状态。

1 工程概况

梅溪河特大桥所遇控制条件，在工程设计中所遇频率越来越高，解决方案常不尽人意。在20世纪，铁道部专业设计院等单位曾对SRC梁做了初步研究，但其思路局限于简支梁或者连续梁，跨度均较小，且其浇筑混凝土模板均依赖于支架。基于这两类常见的控制条件，我们结合前期相关单位的设计研究情况，提出了无支架施工劲性骨架系杆拱桥，桥型布置图见图1。

2 梁体构造简介

梁体纵向支点间距68 m，梁体长度70.4 m。系梁采用劲性骨架外包混凝土，单箱单室箱形截面，高度2.8 m，肋宽192 cm，纵梁顶板厚度为40 cm，底板厚度为40 cm；腹板厚度采用35 cm；纵梁两侧悬臂长度为18.5 cm。悬臂端部厚度35 cm。梁体纵向设置体内预应力和体外预应力；桥面结构采用纵横梁体系、整体桥面板，以提高结构的整体刚度；拱肋设置于系梁上方，采用等高度哑铃型截面钢管混凝土截面，两道拱肋间采用空心钢管组成的一道“米”字形横撑和两道“K”形横撑实现横向连接。吊杆采用平行钢丝成品吊杆，全桥共22根，纵向间距为5 m，端吊杆到支承线距离为9.0 m。桥梁标准横断面见图2。

3 施工方法

梁部施工采取临时支墩施工劲性骨架系杆拱桥，首先在工厂分节段制造劲性骨架等钢结构，并在现场拼接形成拱座骨架和系梁骨架，通过吊机将拱座骨架吊装至桥墩临时支座，然后吊装系梁骨架与拱座骨架拼接，继而以纵梁骨架为平台架设钢管拱肋，形成钢骨架系杆拱桥，并以骨架作为模板支撑按先拱后梁的顺序浇筑混凝土，在浇筑梁体混凝土之前可根椐受力需要，对吊杆进行初张拉，以使全桥受力更为合理、均匀，最后张拉系梁体外钢束和体内钢束。

4 无支架法施工劲性骨架系杆拱桥初探

梁部施工主要经过四个阶段：1)系杆骨架架立；2)钢管拱肋架设、压注钢管混凝土和安装吊杆；3)外包梁体混凝土；4)施工桥面系。其中第一、二阶段主要通过钢结构的工厂加工、轻型、易安装特性形成简易钢结构系杆拱桥，后两阶段通过压注和外包混凝土提高结构刚度、强度，以达到使用性能。因此桥梁设计、施工的核心和关键在于以下两个方面：1)整个结构体系的转换过程中骨架是否能起到支撑和自身稳定作用；2)如何消除成桥后混凝土材料收缩徐变受钢结构约束产生的拉应力。为了研究骨架在整个施工过程和运营阶段是否满足需求，根据构造建立了全桥模型并模拟了各施工阶段，其计算结果如表1所示。

通过分析表1：在形成简易钢系杆拱桥之前系杆骨架的最大应力为129 MPa，最小应力为-165 MPa；最大位移为341 mm；拱肋的最大应力为41 MPa，最小应力为-47 MPa；最大位移为103 mm；在外包混凝土阶段系杆骨架的最大应力为167 MPa,最小应力为-81 MPa；最大位移为281 mm；拱肋的最大应力为104 MPa，最小应力为-195 MPa；最大位移为254 mm。因此整个施工阶段均在材料的容许范围之内。

表1 桥梁施工阶段计算结果表

钢—混凝土两种不同介质的材料组合成混合截面后，混凝土材料随时间将发生收缩和徐变，相当于混凝土材料部分降温，也相当于钢结构材料部分进行升温，这样将会在混凝土部分和钢梁部分之间产生交互作用力，使得混凝土处于受拉状态，钢梁处于受压状态。

收缩和徐变的发生对梁体将产生不利的影响，图3列出了在完成了二期恒载后，并进行吊索第二次张拉调整索力时的梁体应力状态，梁体全断面处于受压状态，图4列出了成桥3年后梁体混凝土应力状态，梁体混凝土处于全断面较小压应力状态。

通过比较分析，收缩和徐变产生梁体混凝土拉应力约为2.2 MPa。收缩和徐变是混凝土材料的自身特性，为了消除其对结构的影响，拟通过结构及外部措施抵抗收缩和徐变产生梁体混凝土拉应力。方案一：通过在梁体混凝土浇筑前，为拱肋配增适当的重量，以增大梁体钢结构的拉力，在浇筑梁体混凝土后释放拱

肋配重，使梁体混凝土得到适当的预压力，详见图5；方案二：在梁体内增设适量的预应力钢束，使梁体混凝土在运营阶段处于受压状态。方案一的实施是在不增加工程量的情况下进行的，并在不改变拱肋和梁体钢结构尺寸的情况下，可为梁体提供一定量的压力(提供的量有限)，方案二是在增加钢绞线的工程数量条件下进行的。通过计算分析，在单线条件下，方案一的采取可以使结构受力处于规范的限制内，在双线条件下，由于活载使梁体产生的拉应力较大，仅采用方案一措施不足以满足规范要求，需同时采用方案一和方案二。通过上述方法可以较好地克服混凝土收缩和徐变给结构带来的不利影响。

当然消除非收缩和徐变产生梁体混凝土拉应力的方法还很多，例如：混凝土浇筑顺序的优化、梁体混凝土采用微膨胀混凝土等，在这里就不一一论述。

5 结语

1)各阶段计算分析表明,无支架法施工劲性骨架系杆拱桥在整个施工过程中结构均处于安全可控状态，可成为在复杂地质、交通等外部控制因素较多的条件下建桥的一种新型桥梁解决方案。2)钢混组合系杆拱桥，由于混凝土自身的收缩和徐变产生对结构的不利影响，通过对拱肋进行配重(施加免费预应力)和配置少量的系梁预应力钢束即可使混凝土材料处于较合理压应力水平，满足运营阶段要求。

[1] 吕西林.钢筋混凝土结构非线性有限元理论与应用[M].上海:同济大学出版社,2002.

[2] 王光钦.弹性力学[M].北京:中国铁道出版社,2005.

[3] 范立础.桥梁工程(上册)[M].北京:人民交通出版社,2003.

[4] 陈 列.高速铁路钢系杆拱桥[M].北京:中国铁道出版社,2010.

[5] 陈宝春.钢管混凝土拱桥技术规程与设计应用[M].北京:人民交通出版社,2011.

[6] 葛耀君.分段施工桥梁分析与控制[M].北京:人民交通出版社,2002.

[7] 徐占发.钢结构与组合结构[M].北京:人民交通出版社,2008.

Discussion on the tied arch bridge of SRC cross section stiff skeleton

Luo Shi Wang Weijia Mao Liang

(ChengduSurveyandDesignInstituteLimitedLiabilityCompany,ChinaRailwaySecondInstitute,Chengdu610081,China)

Combining with the Meixi river extra-large bridge engineering as an example, this paper researched the feasibility of non-support method construction of stiff skeleton tied arch bridge, through the calculation of skeleton, arch rib deformation and stress state, analyzed the structure stress situation of tied arch bridge, pointed out that made additional weight to arch rib and set up small amount of pre-stressed steel beam could eliminate the adverse influence of concrete shrinkage and creep to structure.

SRC beam, stiff skeleton, tied arch bridge, stress

1009-6825(2016)13-0179-02

2016-02-24

罗 实(1977- )，男，工程师； 王微嘉(1972- )，男，高级工程师； 毛 亮(1969- )，男，高级工程师

U448.22

A