中承式吊杆拱桥拱架的优化设计

再煊,于志东,李伟涛

(龙建股份有限公司第四工程处)

摘　要:为使拱架能适应二次折装,更具经济性实用性,根据桥梁设计对支架纵、横断面及高程度化及稳固对其进行了优化设计。

关键词:中承式拱桥;拱架;优化设计

中图分类号:U44215+4　　　文献标识码:B　　　文章编号:1008-3383(2003)08-0056-02

1　工程概况

哈尔滨绕城高速公路十四标段分离立交桥为中承式拱桥,上部结构:钢筋混凝土中承式拱,拱轴线形采用正置悬线,净矢跨比f/l=12/48=1/4,拱轴系数m=11756,桥面系采用小T梁,梁高015m,吊杆横梁处T梁简支连续,其它支点处T梁采用简支桥面连续结构。下部结构:双柱式桥台,独柱式墩,基础为钢筋混凝土钻孔桩。

2　优化设计的原因

此桥的拱肋、上横撑梁及拱肋横梁施工以及吊杆横梁安装,吊杆安装调整均需布设支架。不同施工阶段支架要进行调整,其中施工拱肋的拱架(拱架顶标高位于拱肋曲线底)和施工吊杆时的支架(支架顶标高位于吊杆横梁底),承载力较大且周期长,其它部位的施工可在这两个支架基础上进行调整。因此在进行拱架设计时,要综合拱架的二次拆装问题,结合部位的分散性、经济性、实用性等对此桥的拱架进行了优化设计。

3　桥位现场情况及设计基础数据

此桥位于挖方段,此桥施工支架时,挖方标高已为路基设计标高(如土方不挖,可利用土胎代替一部分拱架)。拱肋底与地面高差h1=16m,吊杆横梁底与地面高差h2=715m,承台顶面与地面高差h3=415m,两拱脚间净距L=48m,拱肋净高h=12m,两拱肋外缘宽d=9m。肋截面积尺寸为120cm×80cm,则平均每延米拱肋重量为G1=112×018×218=217t,1#、9#吊杆横梁重量为1615t (2根),2#～8#吊杆横梁重量为13t(7根),有了以上的数据,就可以进行支架的设计了。

4　支架纵断面及高程变化的优化设计

设计文件要求的满堂红钢管支架,在具体实施上存在着一些问题,例如,挖方段处桥下施工车辆保通问题和支架二次拆装至吊杆横梁底的问题都是简易的钢管支架所不能满足的。因此在综合考虑以上问题的情况下,决定在吊杆横梁底的支架采用贝雷桁片组装成门式框架,再在上门进行满堂红拱架,这样即保证了通车,又保证了拱肋拆装的方便以及安装吊杆横梁的承载能力,大大提高了施工的可行性及实用性,缩短了工期又节省了材料。

具体设计:在1#、5#、9#吊杆横梁处设三个贝雷桁片支架墩,支架墩坐在混凝土基础上,基础尺寸为墩尺寸外延1m,高50cm,C25混凝土,上面设锚固螺栓,每个支架墩由贝雷桁片拼装成截面为114m×3m框架,中墩高6m,边墩高415m,下端与锚固螺栓连接,上端与横梁相连,横梁也由贝雷桁片拼装,每个横梁截面尺寸为114m×115m,顺桥向架设在三个墩上,并在二边墩处因拱肋曲线变成台阶式横梁,下降115m,一端架在边墩上,一端架在承台上。横梁上顺桥向每80cm横向设置贝雷弦杆,横梁和弦杆上是纵向间距80cm的满堂红钢管支架,支架标高=拱肋悬链线标高-模板和木方垂直高度+施工预拱度。

5　支架横断面的优化设计

两拱肋间净距为714m,如果在横桥向桥宽范围内满布支架则造成不必要的浪费,因此将纵断面的支架分开给两拱肋使用,使单个拱架自成体系,单拱轴线与支架轴线对应,这样贝雷桁片横梁在拱脚处夹住拱脚,以增加支架稳定性,满堂红钢管支架横向间距为60cm,因弦杆长为3m,所以拱肋两侧留出工作面80cm。

6　特殊段落的支架设计

在拱肋上横撑梁、拱肋横梁处横桥向采用满布式支架,这样即保证了横梁的施工,又增强了拱肋的横向稳定性,拱脚至贝雷桁片横梁上沿的范围为钢管满布式支架。

7　支架的加固及保证稳定的方案

支架主要承力部分支架完成后,在支架内部横纵向采取45°角斜向拉杆加固使之成为整体,避免发生受力不均的现象,在支架顶即拱肋底处的支架加设与拱轴线垂直的支撑杆,以满足承载拱肋混凝土的要求。为增加拱架的横向稳定性,在拱肋两支架、三个支架墩中间处用钢管内锁拉锚住,贝雷桁片梁处用钢管水平向锚固,两满堂红支架间用斜向拉杆锚固,在支架外侧横桥向用风缆绳锚固以抵抗侧向荷载。

8　拱架承载力验算

(1)管承载力验算

水平向平均每1m承受拱肋混凝土的钢管数(横向)为3根,通过支架承载方式得出整体支架中单根钢管的允许承重约为2t。这样每延米的支架承重验算F=2×10×3=60kN>G=217×10=27kN

即每延米设计钢管支架的承载力大于对应拱肋的重量,满足要求。

2003年　第8期(总第114期)

黑龙江交通科技

HEI LONG J I ANG J I AOTONG KE J I

No.8,2003

(Sum No.114)

(2)贝雷桁片门式框架的承载力验算

跨中为5#杆,往左依次为4#、3#、2#、1#,往右为6#、7#、8#、9#。

①拱肋混凝土施工阶段的荷载验算

只需验算桁片横梁跨中处(最危险断面)的弯距,单跨距离L 1=15m 。

荷载重量N =N 1+N 2

N 1(拱肋混凝土重)=217×15=4015t N 2(施工材料荷载)=015×15=715t

N =(4015+715)×10=480kN M H =F 1×715=N /2×715=1800kN ・m

根据施工手册中第二十章临时桥第1088页表中示出,贝雷桁片双排单层容许弯矩M 容=3153kN ・m

M H ②安装吊杆横梁阶段的荷载验算

1#

、5#、9#吊杆横梁位于立柱上,不参与验算,只验算跨中断面,单个吊杆横梁重13t 。

N =13×3=39t M H =N /2×715=39/2×715×10=1463kN ・m M H 9　支架施工程序

支架施工依以下程序进行:

(1)支架基础处理;(2)贝雷桁片墩、横梁拼装;(3)拱肋满堂红钢管支架;(4)上横撑梁满堂红支架;(5)支架加固及上横撑拱施工;(6)拱肋满堂红钢管支架拆除及拱肋横梁支架;(7)二次支架支设,加吊杆横梁及吊杆施工;(8)悬臂板支架支保;(9)支保全部拆除。

收稿日期:2003-04-14

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图1　传感器线路保护示意图

阻应变片进行检测,埋设的三个布拉格光栅全部存

活,电阻应变片只有FB G —1处的一片性能良好。在钢绞线张拉过程中,共进行十次张拉,每次张拉一束。分别记录埋设在箱梁的跨中部和两个四分之一跨处的布拉格光栅的波长漂移,各阶段三个布拉格光栅测得的纵筋的应变变化如图2所示,FB G —1与应变片测得同一位置应变如图3所示。应力施加过程中,环境的温度变化约为115℃,考虑到热传导的过程,数据处理时忽略了温度对混凝土内部应变测量的影响。

从应变监测结果可以看出,在箱梁张拉过程中,三个测点处的钢筋应变基本一致。在四分之一截面处,电阻应变片测量值比光纤布拉格光栅测量值略小,而且波动较大,可能与应变片的粘贴与保护有关。光纤布拉格光栅传感器在整个监测过程中,显示了良好的传感性能,能够监测混凝土内部应变状态,发挥出了成活率高、寿命长等优势,为建立基于光纤传感器的结构健康监测系统奠定了基础

。

图2　Bragg 光栅应变监测结果

图3　FB G -1与应变片测值比较

收稿日期:2003-04-23

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