乌兰木伦河3号桥支架体系强度与稳定性分析

2021-11-09刘祥伍华刚张智

西部交通科技 2021年1期

刘祥伍华刚张智

摘要：文章采用Midas有限元软件，对双飞翼中承式复式钢箱拱桥的支架体系进行验证，在考虑超长跨越段、交叉段、风荷载等因素的作用下，从刚度、强度以及稳定性等方面对支架体系进行了分析。结果表明，乌兰木伦河3号桥的支架体系具有较高的安全系数，可满足正常施工的需求。

关键词：Mdas;支架体系;强度;稳定性

中图分类号：U443.2文献标识码：ADOI：10.13282/j.cnki.wccst.2021.01.001

文章编号：1673-4874（2021）01-0001-04

0引言

双飞翼中承式复式钢箱拱桥通过吊杆将外倾主拱与内倾副拱进行连接，造型新颖灵动，别具一格[1-2]。但除拱肋自身倾斜外，还存在着交叉段的情况，因此相对于常规缆索吊装、转体施工等方法，采用支架法进行拱肋安装具有施工快、成本低、安全性高等优势。支架体系的刚度、强度以及稳定性决定着施工过程的安全和质量[3-4]。本文以乌兰木伦河3号桥为例，运用Midas有限元软件对支架体系进行受力计算，通过对超长跨越段、交叉段以及百年一遇风荷载的计算[5-6]，论证支架法施工的安全性和可靠性，为该类型工程提供宝贵的经验。

1工程概况

乌兰木伦河3号桥是国内首座双飞翼城市景观特大桥梁，跨径布置为（5+74+200+ 64+5）m，属中承式复式钢箱拱桥。钢箱梁跨度为348m，桥面为1.68%的单向纵坡段，1.5%的双向横坡，高度为3.5m，变截面宽度为42～65m。主拱结构为飞翼式钢箱拱，向道路中心线外倾17°，跨度为200m，截面高3m，宽4m，采用曲形曲做，面内矢高为75m。副拱结构为内倾式钢箱拱，向道路中心线内倾45杜，两侧副拱跨度分别为326m、330m，标准段尺寸高宽均为2.0m，变截面段尺寸高为2.0～3.0m，宽为2.0～3.0m，面内矢高为35m。本桥设置23对吊杆，其中主拱与钢箱梁间设置17对吊杆，主拱与副拱设置6对吊杆，桥面采用钢-STC+SMA组合桥面结构。拱肋布置如下页图1所示。

2支架体系介绍

拱肋支架设计分为主拱支架、副拱支架、主副拱交叉段以及主副拱横连四部分。因主、副拱设计存在交叉，部分钢管立柱为主、副拱支架共用。由于副拱内倾，部分副拱支架需架立在钢箱梁顶面。

每個拱肋节段前后端均由钢管支架临时墩进行支撑。非交叉段主副拱临时墩横桥向间距为6m，顺桥向间距为3m，标准步距为4m，每4步距设置水平斜杆。交叉段支架随拱肋具体形式而布置，每层均设置水平斜撑。部分主副拱支架间设置大横连，共计16道。受施工现场条件影响，南北岸端部2～3节拱肋需整体吊装，支架加强设计。

临时墩立柱均采用529×9mm螺旋钢管，横杆及斜杆均采用180×5mm钢管，横联上下弦杆采用钢管273×6.5mm。主拱支架顶部设置双拼63工字钢，副拱支架顶部设置双拼56工字钢。钢管支架基础为桩基，桩基础直径为1.3m，混凝土强度为C30，钢管埋入桩基2m。支架平面布置见图2。

3支架体系受力分析

3.1材料属性

根据设计图纸，本桥主拱结构对称，副拱结构虽不对称，但非主控因素，因此只建立1/4主拱、副拱支架模型进行计算。采用Midas有限元软件进行计算。支架全部采用Q235钢材，采用容许应力法，[σ]=145MPa，[τ]=85MPa，各构件均采用梁单元建立。3.2边界条件

边界条件中支架立柱埋于桩基础中，进行固结处理，约束所有平动和转动;立柱与横杆、斜杆均采用相贯线焊接，即刚接处理;立柱顶面和横梁需焊接牢靠，采用刚性连接;主拱、副拱在支架上就位后，部分焊接固定在支架上，采用刚性连接。

3.3结构自重

结构自重中支架自重直接使用模型计算。为方便计算，主拱、副拱截面均采用标准截面，自重采取每节段添加修正荷载，保证每节段主拱、副拱重量总重不变。具体参数见表1～2。

3.4风荷载计算

根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）4.3.8和《公路桥梁抗风设计规范》（JTGTD60-01- 2004）4.3相关要求，对主拱、副拱、支架管施加风荷载，最大风荷载按百年一遇考虑。

3.5荷载工况

在施工阶段，支架基本只承受主拱自重、副拱自重、支架自重以及风荷载作用，为计算出支架强度、刚度及稳定性趋势，荷载组合考虑三种工况如下：

（1）工况一：全部主拱自重+全部副拱自重+支架自重。