148m全钢系杆拱桥架设方案研究

（四川西南交大土木工程设计有限公司，四川 成都 610031）

1 概况

通济桥工程位于成都市天府新区双流县，跨越府河，连接协和上街与正西街。孔跨布置为2×28.5 米+148 米+28.5 米+28.94 米。主桥采用148m 下承式单跨系杆钢拱桥，桥宽30m。引桥采用预应力混凝土连续梁桥，桥宽19m。线路纵断面采用6%双向人字坡。[1]如下图所示：

图1-1 桥型立面布置图

主桥下部结构采用盖梁柱式墩，3 个圆柱墩上部与矩形盖梁相连接，基础采用桩基承台基础。主梁采用钢箱梁，主梁高2.5m，在靠近主梁端部的拱粱结合段将主梁高度加高至3.5m。主梁按纵、横梁体系设计，梁顶面宽30m，两侧各设3.5m 悬臂，左右两片纵梁采用箱形截面，各宽2m，中心距21.0m。横梁横梁采用“工”字型截面，纵桥向间距3.0m。拱肋采用箱形截面，拱肋宽2m，两片拱中心距21m，中间设三道横梁连接。吊杆间距9m。

图1-2 横断面布置图

2 施工方案分析

钢拱桥通常采用整体安装或节段拼装法施工。该桥主桥跨度148m，桥面宽30m。若采用整体吊装或转体施工，需架设缆索吊机等大型设施。但施工场地有限，无足够场地安装吊装设施。并且，整体安装施工难度大，经济成本高。所以，该桥不宜采用整体安装或节段吊装法施工。

由于主桥为下承式系杆拱桥，主梁和拱肋均为钢结构，整体重量较轻，可分节段在工厂进行预制。因此，该桥考虑采用支架法节段拼装施工。该桥横跨河道，若采用满堂支架需对河道断流并平整硬化场地，实施过程复杂且不经济，因此选择采用钢管支架作为拼装支架较为合理。同时，由于搭设支架平台较为便利，可选择先梁后拱的施工顺序。

3 施工方案设计

3.1 支架基础

临时桩基采用钢筋混凝土桩。主墩之间横桥向布置三排，间距10.5m，顺桥向布置十二排，最大间距18m，最小间距3m。桩基桩径1.2m，桩长20m，桩顶标高与主墩承台顶标高一致。桩基平面布置图如下：

图3-1 支架基础平面布置图

每根桩基上安装一根φ630×14 的钢管作为立柱，长度根据现场实际情况适当调整。横桥向在钢管距顶部0.5m 处设置横向联接系，高度1.5m。横向联接系横杆采用I25 工字钢，竖杆和斜撑采用匚16 槽钢。[2]

3.2 主梁拼装支架

支架系统由贝雷梁+型钢拼装而成，结构布置图如下。[3]

图3-2 主梁支架图

3.3 拱肋拼装支架

3.3.1 主梁拼装完成后再在主梁上搭设拱肋拼装支架。

3.3.2 首先在主梁上铺设HW400×400 型钢分配梁，再在其上方安装ф 325×8 钢管立柱。钢管立柱上安装HM294×200 型钢分配横梁。

3.3.3 钢管立柱之间采用ф186×6 钢管作为横向联结和斜撑。

图3-3 拱肋支架

图3-4 拼装支架总体布置图

4 支架结构计算

4.1 计算荷载

支架系统主要承受主梁、拱肋及上部支架荷载。其中，主梁重17360KN，拱肋重8449KN，上部支架重2000KN，合计27809KN。

4.2 支架主要受力构件计算

取一片贝雷梁半跨进行计算，跨度为15×2+3+18+15+3m，建立有限元模型。

图4-1 贝雷梁有限元模型

贝雷梁竖杆最大内力为N 立=144.3KN，贝雷梁竖杆允许最大承载力[4]为[N 立]=210KN，N 立＜[N 立]，满足要求。

贝雷梁上弦杆最大内力为N 弦=247.5KN，下弦杆最大内力为N 弦=314.5KN，贝雷梁弦杆允许最大承载力[4]为[N 弦]=560KN，N 弦＜[N 弦]，满足要求。

贝雷梁斜杆最大内力为N 斜=100.3KN，贝雷梁弦杆允许最大承载力[4]为[N 斜]=171KN，N 斜＜[N 斜]，满足要求。

贝雷梁最大支反力R=269.3KN。

横向分配梁为3I56工字钢。单排贝雷梁作用于一根工字钢上的力为269.3 KN÷3=89.8KN，建立计算模型计算结果如下：

工字钢下分配梁最大弯矩为382.6 KN.m，工字钢规格为I56b，

截面模量 Wx=2447cm3=0.002447m3，

工字钢应力为：σ=382.6 KN.m÷0.002447 m3=156.4 MPa，满足要求[5]。

单根钢管立柱最大受力2502KN，钢管规格为φ63×14，其截面面积为：

A=（3152-3012）×3.14=27079 mm2=0.027079 m2

钢管应力为：σ=2502 KN÷0.027079 m2=92.4 MPa

钢管应力满足要求[5]。

4.3 钢主梁线型调整支架受力计算

采用Midas-civil 软件建模分析，模型如下图所示：

图4-2 线型调整支架有限元模型

立柱与贝雷平台刚性连接，XYZ=111，Rxyz=1111。

计算结果：

（1）纵联与贝雷平台横向分配梁固定位置竖向反力：109.94KN

（2）位移：X=0.13mm，Y=-0.01，Z=-0.48mm，均小于L/400=2600/400=6.5mm 满足规范[5]要求。

（3）最大组合应力：-24.73Mpa，满足《钢结构设计规范》[5]“设计指标”中有关材料强度的要求。

（4）屈曲模态（一阶临界载荷系数）为39.78，满足要求。

5 结论

拱桥施工方案选择要因地制宜，结合自身结构形式，选择合理经济的方案。通济桥工程选择钢管支架预制拼装方案，符合桥位地形环境，能保证拱、梁结构线型，使成桥状态结构合理，同时支架结构可靠合理，是该桥施工方案的优先选择，对同类型桥梁的施工具有一定的参考价值。