刘鑫良

(重庆交通大学 土木工程学院， 重庆 400074)

1 工程概况

设计基准期：100年；设计荷载：公路-Ⅰ级；道路等级：二级公路；桥面宽度：0.5m（防撞护栏）+8m（车行道）+0.5m（防撞护栏）；设计行车速度60Km/h。桥梁所处地区地震动峰值为0.05g，地震烈度6度。上部结构主跨采用65米、矢跨比f0/L0=1/4.96的等截面悬链线钢筋混凝土箱形拱桥，主拱圈厚1.7米，拱轴系数为1.523。下部采用C25片石混凝土，下部采用明挖扩大岩石基础，基础嵌入中风化基岩不小于1米。主拱圈主及拱上排架采用现浇施工，空心板采用预制安装。

2 拱桥施工设计

2.1 主拱圈施工设计

浇筑主拱圈混凝土前，应对拱座面的混凝土结合面按施工规范凿毛洗净，确认横墙预埋筋安装无误后方可浇筑拱圈混凝土。拱圈混凝土施工遵循"分环分段灌注顺序应使支架在混凝土灌注过程中发生的变形幅度最小"的施工原则，确定主拱圈浇筑顺序，拱上浇筑的原则是"均衡、对称"。拱圈要求分 5 段对称浇筑，在纵横向都必须对称浇筑。主拱圈混凝土采用分环、分段的方法进行施工，即：整个拱圈根据支架的结构体系分为 3个浇筑环；即底板环、腹板环及顶板环，每环浇筑时再分5段对应水平长度分别均为19.6m，先对称浇筑拱脚段，再从跨中段向两拱脚方向浇筑，拱顶段浇筑完后，再浇筑 1/4段。段与段之间预设间隔槽(顶板不设间隔槽)，间隔槽宽1.5m，根据监控单位的施工加载计算，腹板和底板环两环同时合龙，使拱圈形成一个开口箱形结构，这样对支架和结构比较安全，然后再进行顶板环的分段浇筑及合龙。为了避免支架局部异常变形，采取拱顶两侧对称的方法施工。拱圈现浇按三环进行，要求第一环混凝土强度达到 100%设计强度后方可浇筑第二环；第二环混凝土强度达到 90%的设计强度后方可浇筑第三环混凝土，每一环施工，均应按纵向分段的原则进行加载。加载应注意纵横向对称、均匀。

2.2 轻型钢拱架施工

由于拱桥的受力特点，拱桥最关键的部位在于主拱圈的施工，由于桥址，地质等原因本桥主拱圈采用悬拼拱架施工。钢拱架采用悬链线，两拱脚铰中心的跨径L=6256.5cm，相应矢高f=1267.46cm。钢拱架不设预拱度时，拱架拱顶上缘至拱圈下缘之间预留11.5cm净空，作为布置底模板、垫块及调整拱圈高程用。钢拱架包括基本节段和联结系，拱架横断面由6道基本节段及5组联结系组成。全桥共用10片拱脚节段、60片标准节段、10片调节阶段和5片拱顶节段。

3 计算结果

3.1 计算参数及加载程序

钢拱架自重：约190t（包括基本节段及所有联结系）；全桥模板及其垫块重量：100t；全桥满布其余施工荷载：50t；拱肋底板及下马蹄混凝土重：450.7t；拱肋腹板及横隔板混凝土重：341.6t；拱肋顶板及上马蹄混凝土重：450.7t；钢拱架均匀温度：±15oC；风荷载：取风速20m／s的风力值。

阶段 1：钢拱架成拱；阶段 2：铺设垫块及模板；阶段 3：施工满布临时荷载。当拱圈进行加载时，每阶段荷载施加到钢拱架的步骤与主拱圈浇注的顺序一样，分环分段进行加载，即阶段 4～阶段 9：浇筑底板及下马蹄混凝土；阶段 10～阶段 15：浇筑腹板混凝土；阶段 11～阶段 21：浇筑顶板及上马蹄混凝土。

3.2 计算分析结果

利用有限元软件Civil对扣挂系统进行结构验算，钢拱架采用梁单位进行模拟，拱架下弦杆件接头释放梁端弯矩，节点只能传递轴向力，不能传递弯矩；拱架上弦考虑到有对拉螺杆连接，接头间无法自由转动，考虑为刚接；拱脚采用铰接约束；扣索与拱架扣点采用弹性连接来模拟扣索扣挂作用，采用只受拉单位连接。钢丝绳弹性模量取为210Gpa，根据拱架及扣塔实际布置建模计算，拱架自重由软件自动生成。计算拱架结构。拱架最大位移为5.2cm，拱架最大应力为24Mpa，满足设计及规范要求。第二道扣索索力最大，每道扣索索力为 158KN,采用φ30（6×37+1）的钢丝绳，钢丝绳抗拉索力为 1123KN，扣索安全系数为：n=529/158=3.34＞3，满足施工要求。

为准确掌握可调式组合拱架受荷载及温度等因素影响下的应力、应变和位移情况，确保安全顺利地浇筑拱圈，在铺设拱圈底模前对拱架进行加载试压，预压荷载为主拱圈底板及腹板混凝土自重的1.2倍考虑施加荷载，试压加载程序按设计加载程序相同进行。预压过程拱架最大位移为4.2cm，最大应力为148Mpa，一岸单榀拱架竖向最大反力为52.7t，横向最大反力为76.1t。

对钢拱架强度及稳定计算，得出上弦杆最大应力 173MPa、下弦杆轴压最大应力 172MPa、斜腹杆轴压最大应力 119MPa，弦杆及腹杆的应力均小于轴压稳定容许应力，满足规范要求。均匀温度产生的应力很小，均匀升温：最大拉应力为1.6MPa，最大压应力-1.8MPa；均匀降温：最大压应力为-2MPa，最大拉应力2.3MPa；相应于温度1.25 的提高幅度，温度应力很小，因此考虑温度效应的荷载组合不控制拱架弦杆、腹杆设计。

整体性验算：扣挂阶段钢拱架失稳首先发生为局部失稳。合拢阶段钢拱架失稳首先发生为面内反对称失稳。开口箱浇筑过程中，最小稳定安全系数14.2〉4，整体稳定性满足规范要求。

4 结语

这种钢拱架相对于传统的拱架而言，构造简单、受力清楚、拼装方便，且可调整轴线，能完好的适应各种跨径的拱桥，发展潜力巨大。本文利用某拱桥主拱圈采用拱架悬拼，对拱架进行验算，根据设计资料、参数进行建模，对轻型钢拱架扣挂、成拱、预压等施工阶段进行计算分析，轻型钢拱架均满足使用要求。为以后此类钢拱架的使用提供参考。

[1] 刘泗平,安竹石,牟洪仲.拱桥施工中三种常用钢拱架行为对比[J].贵州大学学报,2010,27(4)。

[2] 张耀春. 钢结构设计原理[M].北京：高等教育出版社，2007。

[3] 曹欣.大跨度多弧形钢拱结构的受力性能研究[D].西安：西安建筑科技大学，2008.。

[4] 姜旭.钢拱架施工过程中的稳定性研究 [D].重庆：重庆交通大学，2014.