上承式钢筋混凝土连续拱桥主拱圈线形控制研究

（中铁十六局集团第四工程有限公司，北京 101400）

1 工程概况

龙冲清水河大桥跨越清水河，为6 孔上承式钢筋混凝土连续拱桥结构，全长196m（见图1），桥梁横断面宽度为40m。主拱圈理论拱轴线采用悬链线，拱轴系数3.0，矢高5m，跨度30m，矢跨比1/6。主拱圈采用等厚度的板拱结构，标准板厚为70cm。在接近拱脚处板拱的上缘及与腹拱连接处采用圆弧线相切，腹拱圈理论拱轴线也采用悬链线，拱轴系数3.5，矢跨比1/4。主拱圈采用满堂支架法分段现浇施工。

图1 龙冲清水河大桥施工实景

2 主拱圈施工方案

主拱圈采用满堂支架法分段现浇。支架下方设置现浇混凝土条形基础，地基承载能力要求不低于4kPa。支架预压重量不小于待浇主拱圈及施工荷载总和的1.2 倍。连续观测3 天，累计沉降量不超过3mm，且预压时间不少于7 天，认定支架稳定。

主拱圈混凝土由两侧拱脚对称向拱顶浇筑，每跨纵向分四段浇筑，并在分段之间设置1m 宽合拢段，跨中合拢温度15℃～20℃，选择当天最低气温，并在上升时进行。

3 有限元仿真计算

3.1 有限元模型建立

基于Midas 有限元软件建立整体模型（如图2 所示），桥梁的主拱圈、腹拱圈、桥墩和桥台等采用变截面梁单元模拟。桥梁的墩台基础为固结，腹拱圈与主拱圈间利用弹性连接模拟。全桥共划分为531 个单元，546 个节点。不考虑拱上建筑的联合作用，将拱上建筑简化为荷载。并采用节点集中力来模拟桥面及拱上建筑的恒载和活载，按照横向分布最不利情况计算活载。

图2 龙冲清水河大桥整体模型

3.2 挠度计算结果

3.2.1 施工阶段

计算荷载工况与施工阶段一一对应，施工期间简化为9 个施工阶段，如表1 所示。模型建立桥墩、桥台的作用主要是为了考虑支座位移对主拱圈的影响，因此在内力计算中不考虑桥墩、桥台的内力。

表1 施工工况统计

3.2.2 施工阶段挠度计算结果

以第一跨、第二跨挠度计算结果为示例展示位移计算结果，拱圈合拢后（工况6～工况9），不同荷载工况下的计算结果如图3、图4 所示。

图3 第一跨施工挠度（工况6～工况9）

图4 第二跨施工挠度（工况6～工况9）

由仿真模拟计算可知，在主拱圈合拢后的施工阶段位移计算结果符合规范要求，能够较准确的表达钢筋混凝土连续拱桥施工过程的力学行为。

3.3 成桥阶段

3.3.1 施工工况

将成桥阶段的施加荷载进行多种组合，形成三种荷载组合，分别为：组合1 即恒载工况；组合2 即恒载加移动荷载（Mall）工况；组合3 即移动荷载工况。成桥阶段主要研究对象为3 种荷载组合作用下的主拱圈位移。

3.3.2 成桥阶段挠度计算结果

三种组合荷载（恒载、活载和恒载活载组合）下的成桥第一跨、第二跨不同荷载组合挠度如图5、图6 所示。

图5 第一跨成桥阶段不同荷载组合作用下挠度

图6 第二跨成桥阶段不同荷载组合作用下挠度

根据图5、图6，成桥阶段不同荷载组合下的挠度计算结果，可知计算结果均符合规范要求，成桥使用后主拱圈线形合理。

4 主拱圈施工沉降分析

4.1 施工沉降观测点布置

每跨主拱圈的监控点在宽度方向分左、中、右三列设置，每个截面均匀布置5 个观测点，即主拱圈的拱脚、L/8、L/4、3L/8 和拱顶处。以第一跨的主拱圈为例，施工沉降观测点布置如图7 所示。

图7 左幅第一跨主拱圈施工沉降观测点布置

4.2 主拱圈沉降

支架预压能够有效消除支架弹性变形、安装间隙、地基沉降等。预压前必须按照《钢管满堂支架预压技术规程》GJT194-2009 的要求检测地基承载能力是否满足要求并对初始高程进行观测记录。根据检测结果，拱圈支架处于稳定状态、地基及支架承载能力满足上部结构施工及正常使用要求。预压变形数据能够作为预拱度计算、设置的依据。

4.3 实际预拱度设置

预拱度的设置采用抛物线差值法。即拱顶处设置预拱度与拱脚处设置预拱度之间以跨度、抛物线线形等进行内插。拱圈及腹拱均按照此方法执行。拱圈拱顶处向上设置预拱度值为13mm；腹拱圈拱顶处向上设置预拱度值为9mm。

5 结语

基于Midas 有限元软件建立了龙冲清水河大桥模型，分析研究了6 孔上承式钢筋混凝土连续拱桥的施工过程。以施工过程划分施工阶段，基于梁单元模型进行仿真计算，研究了连续拱桥施工主要阶段的主拱圈变形。由仿真模拟计算可知，主拱圈施工过程中的变形符合桥梁施工阶段受力状态要求。

结合左幅主拱圈的施工沉降观测，根据现场监测数据，对调整支架高程、设置结构预拱度有重要的参考价值。

本桥成桥使用后线形合理，更加验证了前期仿真模拟计算和支架预压的必要性。