下承式系杆拱拱肋支架拆除顺序对结构的影响

张银

摘要：关凤大道双线大桥为云南省广通至大理铁路扩能改造工程七标段重难点工程，该桥拱肋采用满堂支架现浇施工，受拱肋跨度、矢高较大影响，现浇支架拆除过程会导致拱脚位置及拱肋本身产生不平衡力，这将影响本桥后期运营安全、质量及拱肋线型，针对现浇支架拆除顺序对结构的影响，以关凤大道双线大桥拱肋施工为研究对象，建立有限元仿真计算模型，分析了不同落架方案对拱肋变形和应力的影响，确定了大跨度拱肋现浇支架合理的拆除方案，采用中间向两侧同时落架，对结构安全比较有利，为类似工程的落架方案提供有力依据。

关键词：拱肋；落架方案；仿真计算

0引言

系杆拱桥是拱与梁的组合结构，系梁与拱肋为刚性连接，拱的推力变化由系杆承受而不传给墩台，所以对系梁及下部结构无影响。在系杆拱设计过程中，虽然可通过适当调整结构的设计参数来防止系杆拱桥在使用阶段拱脚处发生水平位移，但由于施工条件等因素限制，无法保证在施工过程中拱脚的水平推力相互平衡。对于采用满堂支架施工的拱肋，尤其是在落架过程中，不合理的落架方式会导致拱肋及拱脚位置截面处产生较大水平推力差值，从而影响拱脚变形，对结构以及后期的施工安全产生影响。因此，拱肋现浇支架在落架过程的应力变化是影响结构安全的重要因素，故须选择合理的落架方案，确保结构的施工安全。本文以关凤大道双线大桥为研究对象，建立有限元仿真计算模型，通过施工过程的仿真模拟，分析不同落架方案对结构受力的影Ⅱ向，提出合理的落架方案指导施工。

1工程概况

关凤大道双线大桥全长262.26m，本桥6跨，采用32m+80m+4*32m，主跨跨越关凤大道，跨越结构为1-80m系杆拱，理论矢高16m，矢跨比1/5。拱肋为钢筋混凝土构件，箱形截面，高2.3m，拱肋宽1.2m。两拱肋之间设三根钢筋混凝土横撑与拱肋连接。横撑为箱形截面，高1.9m，宽0.8m。在与拱肋交接处采用折线过渡，拱肋采用碗扣式满堂支架施工。根据设计图纸，拱肋采用C55混凝土，实测28天混凝土抗压强度标准值为61.5MPa，混凝土容重取26.5kN/m3，弹性模量实测值取36.2GPa。

2施工阶段落架方案及仿真模拟

2.1拱肋支架落架方案

拱肋采用在已浇筑系梁上搭设满堂支架方式浇筑，在支架实际拆除过程中，很难实现满堂支架同时一次性拆除，需要按照一定顺序沿顺桥向逐根拆除。这种拆除方式对拱肋的影响如何，需要进行理论计算，从而確定最优支架拆除顺序。本文为了计算方便，将拱肋支架对称划分为17个阶，从拱脚往拱顶依次编号为支架1～支架17，采用拱桥横向、纵向对称布置。如图1所示。

拱肋支架拆除方案为：方案1：从中间往两边顺序拆除即支架拆除1#-17#：方案2：从两边往中间顺序拆除即支架拆除17#-1#；方案3：采用跳着拆除方式，即从17#-15#-13#……方式拆除。

2.2拱肋支架落架方案

本模型不考虑场地变形对支架拆除的影响，采用桥梁通用有限元软件Midas Civil 8.3.2对拱肋落架过程进行仿真模拟计算分析，拱肋划分为58个单元，拱脚与系梁采用弹性连接模拟：支架模拟方式采用节点弹性连接与节点刚性连接，实现满堂支架在系梁上的搭设方式与传力机理，如图2所示。

3计算结果及分析

采用Midas Civil对三种支架拆除顺序进行模拟，分别分析支架拆除过程中以及支架拆除后挠度变化情况。

3.1方案1：从拱顶向拱脚逐步对称拆除（表1）

3.2方案2：从拱脚向拱顶逐步对称拆除（表2）

3.3方案3：跳着拆除（表3）

通过对上述三种方案计算分析，在支架拆除过程中，拱脚下缘均出现了0.5MPa-0.6MPa的拉应力，在支架拆除完成后，拱脚无拉应力出现；在拆除支架过程中小于0.7xftk，0.7x0.9x2.74MPa=1.73MPa（拆除支架时以混凝土强度达到90%强度计），混凝土不会出现开裂。拱肋支架拆除中最大挠度为5.3mm，变形值小于规范L/800规定。

拱肋支架拆除方案结果对比可以发现，不论采用三种支架拆除方式中任何一种，拱肋支架拆除完成后，拱肋变形、应力相差不大，拱肋支架拆除完成后拱肋均未出现拉应力，拆除过程中应力、变形水平均满足规范限值，结构均处于安全。

4结语

利用有限元软件Midas Civil对拱肋现浇支架的三种拆除方案进行模拟，拆除过程中的拱肋应力、变形两个方面，对三种拆除方案进行了对比分析。通过对比分析，不论采用何种支架拆除方案，拱肋在支架拆除过程中和支架拆除完成后的变形和应力相差不大，均满足规范限值。但是由于采用只能受压的弹性连接的模拟满堂支架方式，无法正确反映支架的受压屈服破坏，考虑到实际拆卸安全，建议拱肋支架拆除采用从拱肋中间延顺桥向对称向两边拆除；系梁支架采用从边跨支架拆除向跨中支架方向拆除。endprint