李典豪　付雷

【摘要】广州增城大桥采用飞燕式，无横撑外加斜靠拱的设计，主跨为（30+100+30）m，系杆采用钢箱的刚性系杆，并进行张拉，以此来平衡墩底的水平推力，采用空间有限元模型详细计算分析了系杆张拉次数及张拉顺序对拱桥结构受力的影响，得到了较优的施工方法，对此类桥梁施工具有较大的参考价值。

【关键词】飞燕式；斜靠拱桥；系杆；内力；水平推力；

1 方案概况

广州增城大桥主桥为中承式系杆拱桥，跨度（30+100+30）m，由于桥面较宽，不宜采用横向支撑，但为了保证拱肋的横向稳定性，将传统拱肋一分为二，分别置于人行道两侧，形成豎直主拱和斜靠拱。竖直主拱轴线采用二次抛物线，，中跨矢高25m，矢跨比为1/4；斜靠拱上肢竖直面内及平面内均为二次抛物线，下肢为直线。其整体布25m，矢跨比为1/4；斜靠拱上肢竖直面内及平面内均为二次抛物线，下肢为直线。其整体布置如图1。

2 有限元模型的建立

为了模拟主拱肋、斜靠拱以及支架在施工过程中的受力特性，计算模型采用空间杆系有限元程序对全桥进行模拟，有限元模型中主拱、斜靠拱、主梁、横梁、横撑采用空间梁单元模拟；吊杆以采用空间杆单元模拟；按照实际情况模拟支座位置约束，全桥有限元模型见图2。

3 系杆张拉次数方案优化研究

3.1 方案设计

根据设计提出的施工方案，系杆张拉设计了三种方法，采用其中最优化的方法进行张拉。

方法1、主纵梁合拢时，中跨和边跨系杆一次性张拉完成；

方法2、主纵梁合拢时中跨系杆一次张拉完成，此时边跨系杆张拉到800t，等到桥面板铺装全部完成后，进行边跨系杆第二次张拉到1300t；（设计提供）

方法3、主纵梁合拢时中跨系杆一次张拉完成，此时边跨系杆张拉到400t，到中跨桥面板铺装完成后，进行边跨系杆第二次张拉到800t，等到桥面板全部铺装完成后，进行边跨系杆第三次张拉到1300t。

3.2 结构分析计算

对三种张拉方法分别进行结构计算，得到了主拱、主纵梁、边拱、等构件的控制截面在不同施工阶段下所受的最大内力值，见图3～6。

内力计算结果表明：

1、在恒载和活载的综合作用下，主拱圈的各个截面在不同张拉方案的条件下所承受的最

大轴力相差不大。但所受剪力在分三次张拉的情况下最小。而最大弯矩在一次张拉时为770.8kN/m，在二次张拉时为683kN/m，在三次张拉时为588kN/m，因此，在分三次次张拉时对主拱圈产生的弯矩最小。

2、在恒载和活载的综合作用下，主纵梁的各个截面在不同张拉的方案的条件下所承受的最大轴力、剪力和弯矩都相差不大。

3、在恒载和活载的综合作用下，边拱拱脚截面在不同张拉的方案的条件下所承受的最大轴力和弯矩都相差不大，但在一次张拉的情况下所受最大剪力为3184.6kN，在三次张拉的情况下所受最大剪力为1299.1kN。因此，系杆分三次张拉的方案能够很大程度的减少边拱拱脚剪力。

4、对于墩的水平反力而言，在一次张拉的情况下墩身产生的最大的水平反力5378.9kN，在二次张拉的情况下产生的最大的水平反力为3014.9kN，而在三次次张拉的情况下产生的最大的水平反力2603.4kN。因此可知在分三次张拉的情况下对墩身最有利，且能很大程度减小了主墩所受的水平反力。

4 系杆张拉顺序方案优化研究

4.1 方案设计

根据设计要求，中跨系杆张拉一次完成而边跨系杆分为两次张拉，边跨系杆的第一次张拉与中跨系杆张拉为同一施工阶段。但是中跨系杆张拉与边跨系杆的第一次张拉在时间上有个先后顺序。因此我们通过计算它们同一时间进行张拉与先进行中跨系杆张拉再边跨系杆张拉对主桥结构的影响的对比来选择张拉的方案。

4.2 结构分析计算

对由两种方案分别进行结构计算，得到了主拱、主纵梁、边拱、等构件的控制截面在不同施工阶段下所受的最大内力值，见图7～10。

内力计算结果表明：

1、在恒载和活载的作用下，主拱圈的各个截面在不同张拉的方案的条件下所承受的最大轴力和弯矩相差不大，但最大剪力在同时张拉时为-3863kN，在分开张拉时为-2845kN。因此，在分开张拉时对主拱圈的剪力影响比较有利。

2、在恒载和活载的作用下，主纵梁的各个截面在不同张拉的方案的条件下所承受的最大轴力相差不大，但分开张拉对主纵梁产生的最大剪力比同时张拉的要较大，而分开张拉对主纵梁产生的弯矩比同时张拉对主纵梁产生的弯矩要小很多。

3、在恒载和活载的作用下，边拱拱脚截面在不同张拉的方案的条件下所承受的最大轴力、剪力和弯矩都相差不大。

4、对于墩的水平反力而言，在同时张拉的情况下墩身产生的最大的水平反力为3994.0kN，在按顺序张拉的情况下产生的最大的水平反力为2926.1kN。因此在按顺序分开张拉的情况下对墩身有利。

所以先进行中跨系杆张拉再边跨系杆张拉，能够减少主桥结构所受的内力，并且也大大减少了墩身所受的水平推力。

5 结论

1、通过把主纵梁当作系杆，对结构系杆

施加预压力，从而抵消了结构在恒载作用下产生的水平推力。此措施使中墩的水平推力大幅减少，为中墩的设计提供了很大的方便。

2、通过调整张拉的次数和桥面板加载的顺序，能够减少主桥结构所受的内力，并且也大大的减少了墩身所受的水平推力。

3、先进行中跨系杆张拉再边跨系杆张拉，能够减少主桥结构所受的内力，并且也大大的减少了墩身所受的水平推力。

参考文献

[1]聂云靖.在役钢—混凝土组合桥面系中承式吊杆拱桥健康监测关键技术研究[D].太原：太原理工大学.2013.

[2]李甲丁，马德才，杨晨霞，等.洛阳瀛洲大桥中承式系杆拱桥施工监控[J].中外公路，2010，30（5）.

李典豪，（1986-），男，湖南邵阳人，硕士，主要从事桥梁养护管理工作。