钢管拱桥拱脚现浇段托架的设计分析及应用

钢管拱桥拱脚现浇段托架的设计分析及应用

程士洋    段玉三

中铁市政环境建设有限公司 上海 200331

【摘要】钢管混凝土下承式系杆拱桥采用先拱后梁法进行上部结构施工的情况比较少见，某大桥的钢管拱肋采用整体吊装、预应力混凝土主梁采用分段预制吊装施工。对于该结构，拱脚现浇段作为钢管拱肋和混凝土梁的结合部位作用巨大，是上部结构施工的第一步，只能采用支架现浇施工，因其地理条件及通航条件的特殊性，该桥施工采用了斜腿钢支架，为了保证结构稳定，将整个架体采用精轧螺纹钢锚固桥墩墩身上，该托架结构结构复杂，施工难度大，可为类似工程施工提供参考。

【关键词】拱脚现浇段施工；斜腿托架；精轧螺纹钢锚固

一、工程背景

某大桥主跨为103.56m的钢管混凝土下承式系杆拱桥，横跨鳌江，水位受潮汐影响，每天涨落潮循环2次，平均涨落潮的潮位差为4.25m，通航等级为内河五级航道兼300t级海轮。采用先拱后梁施工，单根钢管拱肋采用浮吊整体吊装。主梁为预应力钢筋混凝土梁，除了拱脚现浇段为支架现浇外，其余主梁施工方法为：分为横系梁组合节段，陆上预制各节段，采用浮吊逐个吊装。

图1 主拱桥拱、梁构造图 图2 拱肋吊装作业图3 横系梁节段吊装作业

拱脚现浇段托架的功能要求：

1、作为拱脚现浇段主梁和钢管拱肋预埋段的承重结构。

2、作为钢管拱肋吊装时钢管拱肋的承重结构。

3、便于安装及拆卸，托架拆卸只能安排在主梁节段全部吊装完，湿接缝浇筑后，主梁连接成整体后。

二、斜腿托架设计分析

拱脚现浇段托架系统由上向下分别为15mm厚度的竹胶板、10×10cm方木、碗扣支架、10×10cm方木、10#工字钢、10mm厚木模板、贝雷桁架、H型钢(400X400X13X21mm)横梁、φ600X8mm钢管立柱。每根H型钢横梁后有2根φ32精轧螺纹钢锚固在主墩墩身上。钢管拱肋临时支撑架竖立在托架系统的H型钢(400X400X13X21mm)横梁上。

图4 拱脚现浇段斜腿托架立面图 图5 拱脚现浇段斜腿托架正立面图

对拱脚托架及拱肋临时支撑组合系统进行计算分析。

(1)计算模型及边界条件设置

计算中按照最不利情况考虑，假设吊装段拱肋下落时，每端支点532kN重量全部落在临时支点上。其中，贝雷桁架、柱顶横梁H型钢(400X400X13X21)、钢管立柱φ600X8mm、拱肋支撑架均采用梁单元，贝雷桁架支撑架、立柱剪刀撑采用桁架单元。钢管立柱与承台铰接。

边界条件设置如下：1)贝雷桁架纵梁与柱顶横梁间采用弹性连接-刚性，柱顶横梁与钢管立柱间采用刚性连接。各处约束自由度分别为：（Dx、Dy、Rz），（Dx、Rz）, （Dy、Rz）。2)将柱顶横梁左端被2根精轧螺纹钢固定，约束的自由度为（Dx、Dy），钢管立柱柱底按铰支模拟，约束（Dx、Dy、Rz）3个自由度。

(2)计算结果分析

经过计算, 普通钢结构最大强度为197MPa、贝雷梁结构最大强度为303MPa、结构整体最大变形量为13mm、整体稳定性系数大于7，强度和稳定性均满足规范要求。

三、斜腿托架施工应用

1、钢管立柱及H型钢横梁在岸上组拼焊接成单片整体结构，采用汽车吊整体吊装落于承台顶预埋钢板上，使用精轧螺纹钢锚固到墩身上，退潮后，进行钢管立柱基础焊接。

2、贝雷梁在陆上分组组拼后再进行吊装，再进行上部碗扣支架搭设及底模板铺装。

3、托架整体验收合格后进行预压，支架预压荷载为混凝土结构恒载与模板重量之和的1.1倍，按总预压荷载的60%、80%、100%分三次加载。采用沙袋预压。

4、进行拱脚劲性骨架安装、钢管拱肋拱脚预埋段安装、钢筋绑扎、拱脚现浇段混凝土浇筑施工。由于钢筋较密，拱座下部越1m高度采用自密实混凝进行浇筑。

图7 托架强度、变形量、稳定性计算结果

图8现场施工图

四、结束语

该钢管拱桥拱脚现浇段支架采用的斜腿托架的设计，做到了对现有构筑物的最大化利用，应用精轧螺纹钢等高强材料可以使托架进行特殊设计，在支撑拱脚现浇段的同时，也能够支撑钢管拱肋，做到了一架多用。施工过程中严格按照规范搭设、预压，整个施工过程安全可靠，可为类似工程提供借鉴。

【参考文献】

[1] 王海良、董鹏.桥梁工程施工技术.北京：人民交通出版社，2013 。

[2] 周水兴、何兆益、邹毅松.路桥施工计算手册.北京：人民交通出版社，2001。

[3] 《钢结构设计规范》GB50017-2017。