76+160+76m连续梁拱桥钢管拱肋安装支架设计思路

76+160+76m 连续梁拱桥钢管拱肋安装支架设计思路

王若虚

中铁一局集团勘察设计分 公司 陕西西安 710000

摘 要：钢管拱桥拱肋支架原位拼装法是一种先进的拱肋架设施工方法，由于其具有施工工艺简便、线形控制精确、缩短工期和降低施工成本等优点而得到推广。本文针对实际施工设计中遇见的具体工程，对76+160+76m连续梁拱桥拱肋钢管安装支架设计工作内容进行阐述。

关键词：铁路桥梁；拱肋原位拼装施工；钢管立柱支架；抗风分析

1 工程概况

本方案为汕汕铁路雷岭河特大桥（76+160+76m）连续梁拱桥拱肋安装支架施工设计。本拱加劲连续梁为下承式结构，梁体为单箱双室变高度箱形截面；连续梁钢管拱采用平行拱，为哑铃形截面，钢管混凝结构，从桥面开始起拱，两拱肋中心距14.8m，计算跨度为160m，矢跨比为f/L=1/5。施工拱轴线采用二次抛物线，拱肋设置最大预拱度为54mm，主弦管和腹腔内填充C55自密实补偿收缩混凝土。全桥单榀拱肋设置16组平行竖向双吊索，吊索顺桥向间距9.0m。施工方法为“先梁后拱”。

2 方案确定内容及考虑的因素

2.1方案确定内容

综合对比分析竖向转体法与原位支架法的优劣，本连续梁钢管拱肋安装采用原位支架法，汽车吊上桥进行拱肋拼装，拱肋拼装支架采用钢管支架+分配梁结构形式。

根据拱肋现场架设需求，在每两件拱段对接位置设置拼装支架，支架主要承担各个节段的自重荷载和外部荷载，要求其具有足够的刚度、强度和稳定性。支架设10处独立支柱，合龙段下方立柱由6根立柱组成，其余各处支柱由4根立柱组成，拱桥外侧立柱采用Φ426-8，内侧立柱采用Φ325-8，钢管水平纵距为1.5m、2.5m、4.5m和5.6m，横距2.0m。钢管间采用[16a连接，顶部设2I36a（2I40a）横梁。

根据施工步骤图，拱肋内泵送混凝土在拆除拱肋拼装支架之后。故拱肋内混凝土自重不作为本计算所考虑荷载。

对支架进行横向抗风分析：考虑整体稳定性，屈曲分析，设置缆风绳。

2.2结构设计考虑的荷载

结构设计中主要考虑的荷载取值

(1)钢材重度；78.5kN/m³；

(2)施工均布荷载标准值：2.5kPa；

(3)施工阶段的风荷载：0.6kPa；

(4)永久荷载分项系数：1.35；

(5)可变荷载分项系数：1.4，可变荷载组合值系数：0.7；

3 结构的组成

本方案安装支架的结构由分配梁、钢管立柱、立柱连杆、柱脚预埋以及缆风系统组成。

图3-1拱肋安装支架结构图

4 结构分析流程

4.1安装支架的建模

荷载统计，杆件截面确定，节点板处的调整。

模型与设计图纸构件自重的对比：模型中腹板杆件长度比设计图纸长，模型中没有节点板自重荷载，模型中未考虑构件的加劲板。

调整方式：节点荷载调整模型与图纸的差值。

最终模型自重应与设计图纸总重一致。

4.2分析工况确定

支墩编号：左侧为小里程，支墩从小里程至大里程编号为1→5；

钢管编号：一级编号同支墩，二级按从左到右再从小到大的方向编排；

分配梁编号：一级编号同支墩，二级按从左到右的方向编排。

主要分析工况（根据各施工阶段支架结构受力状态划分）如下：

图4-1 工况1：S1+S2段吊装+风荷载 图4-2 工况2：S3+S4段吊装+风荷载

图4-3 工况3：S5+S6段吊装+风荷载 图4-4 工况4：拱肋合龙+风荷载

拱肋支架解除时遵循由拱脚向跨中的方向对称解除（例如1左→5左；1右→5右；2左→4左；2右→4右；3左→3右），为进行对比分析特增加以下分析工况（工况5和工况6）：

图4-5 工况5：拱肋支架拆除阶段1 图4-6 工况6：拱肋支架拆除阶段2

4.3 风荷载下整体稳定性分析

拱肋及横撑总重6812.8kN,支架自重1212kN，稳定弯矩力臂取14.8m/2=7.4m。稳定弯矩M稳=(6812.8+1212)×7.4=59383.52kN·m。

支架在风荷载作用下的倾覆弯矩M倾=17329kN·m：

抗倾覆安全系数：

K=M稳/M倾=59383.52kN·m÷17329kN·m=3.4>1.5，满足要求。

4.4 支架整体屈曲分析

对支架进行各工况整体屈曲分析：

图4-7：工况1主要屈曲模态图

工况1屈曲分析值：模态1中支墩抗风失稳系数7.319；模态9单侧S1+S2拱肋抗风失稳系数13.28。

图4-8：工况2主要屈曲模态图

工况2屈曲分析值：模态1同上；模态13单侧S3+S4拱肋抗风失稳系数18.93。

图4-9：工况3主要屈曲模态图（未设缆风） 图4-10：工况3主要屈曲模态图（设缆风）

工况3屈曲分析值：模态1单侧S5+S6拱肋抗风失稳系数4.227（设缆风）/3.368（未设缆风）。

图4-11：工况4主要屈曲模态图

工况4屈曲分析值：模态1支架及拱肋整体抗风失稳系数5.734。

图4-12：工况5主要屈曲模态图 图4-13：工况6主要屈曲模态图

工况5屈曲分析值：工况5模态1剩余支架及拱肋整体抗风失稳系数5.501。

工况6屈曲分析值：模态1剩余支架及拱肋整体抗风失稳系数4.318。

结论：单侧拱肋须设缆风绳，支架顶部及底部立杆钢管须设有连杆，立杆横向连接竖向间距不得大于2.5m。

4.5缆风计算

图4-14：各支墩缆风设置示意图

表4-1 各支墩揽风计算表

结论：缆风系统计算满足要求。

4.6 单肢钢管分析

各工况下支架钢管立柱轴力及受压杆件稳定性计算汇总如下：

表4-2：支墩立柱单肢钢管受压杆件稳定性计算汇总表

注：经分析，拆除工况下支架应力小于吊装工况，后续不予考虑。

4.7 单支墩分析

1、2、4、5号支墩为四肢组合构件，3号支墩为六肢组合构件，支墩外侧Φ426-8，内侧Φ325-8，边缀条为[16a，各支墩稳定性计算如下：

表4-3：支墩立柱格构件整体受压杆件稳定性计算汇总表

结论：支墩稳定性计算满足要求。

4.8立柱顺桥向斜撑计算

立柱顺桥向斜撑采用Φ165-6.5mm钢管，构件长度13.331m，截面面积32.366cm²，回转半径为5.608cm，立柱计算长度1.0m，斜撑设计荷载N=36kN。

长细比 ，稳定系数Φ=0.383。

，满足要求。

5 结语

拱肋支架原位拼装施工具有多工艺协作的特点，需要明确整体施工过程并按顺序明确各环节的方案要点。其中，拼装支架的确定在整个施工方案确定时占有主要地位，应该综合考虑拱肋支架自重、支架横向抗风、拱肋内压和支架拆除的先后顺序等因素对拼装支架的影响。在设计拼装时，需要按照实际施工安排对每个工况进行模拟分析，从而更加准确的确定支架在施工全过程中的最大荷载，以便更加准确的在保证结构安全的前提下缩减施工成本。

参考文献

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