挂篮悬浇拱桥1#拱圈支架体系受力转换研究

杨 林

（中交一公局第四工程有限公司，广西 南宁 530000）

1 工程概况

马蹄河特大桥的桥跨布置为2×30m预制T梁+净跨180m主拱（拱上跨度195m，为15×13m空心板）+2×30m预制T梁，全桥长327.595m，如图1所示。主桥为钢筋混凝土箱形拱桥，净跨径180m，净矢高32m，净矢跨比1/5.625，拱轴系数1.988，为等高截面悬链线拱，采用挂篮悬臂浇筑法施工。整个拱箱分29个节段施工，其中两岸各设一个拱脚现浇段，拱顶设一个吊架浇筑合拢段，其余26个节段均为挂篮悬臂浇筑。

图1 马蹄河特大桥桥型布置图（单位：cm）

拱圈第一节段采用斜拉支架现浇施工，第一节段拱圈长10.284m，宽7.5m，高3.3m，单箱双室结构，采用C50混凝土，方量为155.9m3，质量为405.4t。

拱圈第一节段支架采用交界墩墩柱作塔柱，精轧螺纹钢筋和低松弛钢绞线作为拉索，形成简易“斜拉桥”的方式进行悬浇，为保证墩柱的受力平衡，对交界墩柱进行反拉。在施工2#节段拱圈之前，必须将第一节段拱圈通过扣锚索锚固于交界墩上面的锚箱上，以便拆除第一节段拱圈的斜拉支架，同时留出挂篮拼装的施工作业空间。这就需要进行体系受力转换，将斜拉支架上的拱圈质量有效地转换到扣索钢绞线上，从而保证拱圈的稳定和安全，受力体系转换如图2所示。

2 体系转换的难点

在拱圈的悬浇支架中，斜拉的精轧螺纹钢筋穿过拱圈腹板锚固于支架的纵向“H”型钢上，精轧螺纹钢筋上端锚固于墩柱上。而穿过拱圈的部位已与混凝土连成一个整体，在体系转换过程中，如果扣锚索初拉力过大，会导致拱圈上升过程受到精轧螺纹钢筋的阻力而无法提升，使拱圈底面拉应力过大而出现裂缝；如果扣锚索初拉力过小，又无法将1#节段拱圈与支架脱离。因此给扣锚索施加一个合适的初拉力，才能保证扣索的索力有效地施加到拱圈上，从而使斜拉支架不再承受拱圈的质量，同时保证拱脚处底面的拉应力、墩柱偏位不超过规范值，这是整个体系转换过程成败的关键，而有效地给扣锚索施加一个合适的初拉力是整体体系转换的难点。另外，扣锚索的初拉力的有效施加受较多因素影响，主要有以下因素：

（1）拱圈节段底部距离拱座2m长度为直线，剩下8.284m为弧形，拱圈标高提高时存在部分质量为支架承受，但计算初应力取值时按全部1#节段质量考虑；

（2）1#节段拱圈标高提高时，精轧螺纹钢筋会承受内支撑力，导致扣索施加初应力与计算有偏差。在体系受力转换过程中，消除这些影响因素是转换成败的控制点。

3 初拉力的确定

图2 受力体系转换示意图

为给扣锚索确定一个合适的初拉力，就要保证给扣锚索施加初拉力时拱圈前段有上升趋势，即标高提高。拱圈底混凝土与斜拉支架脱离，拱脚处底面出现拉应力解决节段质量不准确的影响因素。现采用Midas/Civil对支架体系转换的受力状况进行分析，从而确定扣锚索的初拉力大小，如图3、图4所示。

图3 Midas/CiviI模型

通过数据的反复代入，确定初拉力如表1所示。

表1 理论计算数据表

扣索初拉力为556kN，锚索初拉力为308kN，这时拱圈顶面标高提高0.01mm，拱脚底面出现拉应力0.2MPa，说明初拉力已有效地施加到拱圈上，且满足拱圈底部拉应力在允许范围之内，不会出现裂缝。

4 体系受力转换的实施

图4 初拉力应力偏位情况

为了有效地将初拉力加载至拱圈上，保证扣锚索与斜拉支架体系的有效转换，分2次对扣锚索施加拉力，第一次为10%扣锚索拉力，停顿5min，再施加拉力至40%扣锚索拉力。严格按照以下步骤进行，可以解决精轧螺纹钢筋承受内支撑力的问题。

（1）将1#节段扣索（24根）、锚索（15根）进行单端挤压P锚，并穿入现浇段混凝土和锚箱中，并对单根钢绞线进行预紧，使钢绞线受力绷紧。

（2）对两个锚箱的扣锚索进行对称张拉至10%扣锚索初拉力，即扣索139kN，锚索77kN；停顿5min，再施加拉力至40%扣锚索拉力，即扣索556kN，锚索308kN。

（3）先拧除T1、T2、T3、T4（从拱圈前端向拱脚开始）精扎螺纹钢筋拱圈底面的螺母，再割除拱圈底面的精扎螺纹钢筋，拆除螺母和割除精扎螺纹钢筋必须对称进行（先中间，后两边）。拧除墩柱锚固点T1精扎螺纹钢筋的螺母，在拱圈顶部割断T1精扎螺纹钢筋，对称拆除T1精扎螺纹钢筋（先中间，后两边），再拆除背索B1（先中间，后两边）；T2精扎螺纹钢筋和B2采用同样的方式进行拆除。

（4）对称张拉扣锚索至100%设计力，即扣索1390kN，锚索770kN。

（5）拧除墩柱锚固点T3精扎螺纹钢筋的螺母，在拱圈顶部割断T3精扎螺纹钢筋，对称拆除T3精扎螺纹钢筋（先中间，后两边）；T4精扎螺纹钢筋采用同T3的方式进行拆除。

在整个体系转换过程中，做好墩顶偏位、墩底应力、拱脚应力、拱圈前端标高的监测，于2014年8月6日成功完成拱圈1#节段体系受力转换，如图5、图6所示。

图5 受力体系转换前

图6 受力体系转换后

5 监控量测

在体系转换过程中，采用全站仪、水准仪、正弦式应变计对墩柱偏位、拱圈顶面标高、应力进行监测，采集数据如表2所示。

表2 体系转换后数据收集表

通过对比表1和表2，拱脚底面拉应力、墩底应力、墩柱偏位均小于理论计算值，拱脚应力为0、拱圈前端顶面标高变化为0，主要是扣索受力过程中精轧螺纹钢筋承受内支撑所致，如图7、图8所示。通过对扣锚索索力监测达到设计索力，控制过程是成功的。

图7 拱圈拱脚截面应力应变测点布置图（单位：cm）

图8 墩柱墩底应力测点布置图

6 结束语

马蹄河特大桥是国内首次采用斜拉支架进行悬浇1#节段的拱桥，也是首次进行斜拉支架（精轧螺纹钢筋+三角托架组合）受力向扣锚索受力的体系转换，开创性地实现了刚性受力系统向柔性受力系统的成功转换，为以后其他桥梁中类似刚性支架向柔性拉索转换提供了参考经验，同时也为支架结构类型开辟了新的思路。