大跨度悬浇拱桥合理施工索力求解方法研究

2016-12-20欧阳常伟

黑龙江交通科技 2016年8期

关键词：偏位拱圈索力

欧阳常伟，彭鹏

(1.长沙理工大学土木与建筑学院，湖南长沙 414600；2.广西交通科学研究院，广西南宁 530000)

大跨度悬浇拱桥合理施工索力求解方法研究

欧阳常伟1，彭鹏2

(1.长沙理工大学土木与建筑学院，湖南长沙 414600；2.广西交通科学研究院，广西南宁 530000)

通过对悬臂浇筑钢筋混凝土拱桥施工过程的模拟，建立有限元计算模型，针对悬浇重量大的钢筋混凝土拱桥提出了“一张控制线形，二张控制应力”的合理施工索力求解方法，并以某高速公路上一悬浇拱桥为工程背景，采用该法对施工索力进行正装计算。结果表明，采用该法求得的索力使得主拱圈截面应力控制在+1.83MPa以内，保证了主拱圈施工过程的安全，为同类型拱桥合理施工索力求解提供了参考。

悬臂浇筑；合理施工索力；零位移；应力平衡

1 概述

采用悬臂浇筑法施工的桥梁，因为不需要落地支架，在施工过程中不受地形条件的影响，促进了桥梁向更大跨径发展。拱桥的悬臂施工由斜拉扣挂系统和挂篮系统构成，其中斜拉扣挂系统主要包括扣索、锚索、扣塔及后锚系统。钢筋混凝土作为主拱圈的主要材料，其受拉性能较差，因而合理的施工索力对主拱圈施工过程的安全性尤为重要。国内外学者在拱桥斜拉扣索合理扣索力的计算方面做了大量的研究，主要有：郑皆连院士提出了力矩平衡法确定施工索力；周水兴等提出采用零弯矩法；周汉东等提出采用的零位移法；沈成武等人提出了逆分析法。上述方法大都针对钢管混凝土、钢箱及悬拼施工的钢筋混凝土拱桥而言，针对悬臂浇筑施工的钢筋混凝土拱桥并不完全适用。此外，随着跨径的增大，主拱圈截面刚度增大，浇筑节段重量的增加会导致挂篮重量增大，其移动前后对主拱圈内力影响不可忽略，采用一次张拉思想难以控制主拱圈应力。本文通过对悬臂浇筑钢筋混凝土拱桥施工过程的模拟，提出同一施工节段二次张拉的思想，即挂篮移动前扣锚索一次张拉，移动后对扣锚索补张拉，以“一张索力控制线形，二张索力控制应力”为原则，保证了主拱圈在施工过程中的安全。

2 计算原则

(1)一张索力控制线形，主要采用“零位移法”确定，零位移法求解索力的基本思路是在正装分析过程中，假设在扣索的扣点位置处设置竖向支座，在施工过程中支座处的竖向位移为零，利用在节点处的受力平衡，以此为基础求解扣索的索力。在实际正装计算中，可通过有限元模型试算，控制主拱圈浇筑梁段至设计标高即可。

(2)二张索力控制应力，采用应力平衡法，以控制主拱圈应力为主，使得主拱圈顶底板应力控制在材料规范允许的范围之内，保证施工安全。

(3)锚索索力以控制扣塔偏位为“0”为原则，保证扣塔水平方向受力平衡。采用挂篮悬浇的拱桥由于后浇梁段的重量全部由已浇梁段及扣索承受，其增加索力传递到扣塔上使得扣塔有一个偏向拱圈的水平位移，为了保证扣塔的安全，前一节段扣锚索张拉以后适当增大锚索索力，先使得扣塔产生一个背向拱圈的水平位移，以使得后续梁段浇筑后的扣塔偏位不至于过大，避免扣塔底部产生过大的弯矩，保证施工安全。扣锚索补张拉后的主拱圈线形变化可通过事先设置的施工预拱度保证成桥后达到设计标高。

3 工程实例

某高速公路上一悬浇拱桥，净跨180 m,其主拱圈为钢筋混凝土等高截面悬链线箱型拱，净矢跨比1/5.625，拱轴系数m=1.988，采用悬臂浇筑施工。拱箱为单箱双室结构，高3.3 m，宽7.5 m。每幅拱箱分29个节段施工悬浇节段，最大长度7.647 m(拱轴线长度)，最大重量约221.5 t，悬浇重量大，挂篮自重大。

该桥以控制扣塔偏位在3 cm以内为原则，在施工过程中严格控制索力，取得了良好效果。在上述索力下，主拱圈控制截面在各工况下最大顶底板应力结果及扣塔偏位分别如下图1、图2所示。

从上图1和图2可以看出：

随着施工阶段进行，主拱圈各截面最大拉应力为+1.72 MPa，小于规范允许的C50混凝土+1.83 MPa，在上述施工索力下，保证了施工过程中主拱圈的安全；