彭 藩 国

(浙江泛海交通工程有限公司，浙江 杭州 310000)

基于有限元模拟分析拱桥上部结构桥道梁施工

彭 藩 国

(浙江泛海交通工程有限公司，浙江 杭州 310000)

桥梁的上部结构桥道梁施工是桥梁施工的重要组成部分，施工前的支架模板设计关系到桥梁上部结构的安全性、稳定性和服役效能的发挥。基于有限元模拟分析上部结构桥道梁支架及模板设计的安全性，并对上部结构有关的施工技术进行了介绍，为其他类似工程提供参考。

桥道梁施工，上部结构，有限元模拟

1 工程概况

叙永(震东)至古蔺(二郎)高速公路螺丝寨特大桥位于四川省泸州市叙永县震东乡永兴一组境内，该桥区跨越冲沟及叙永～S309道路，桥区有螺丝寨煤矿。12号交界墩柱采用双柱薄壁墩，单个空心墩柱横桥向宽4.0 m，纵桥向顶宽4.5 m，空心柱薄壁厚为50 cm，纵桥向按60∶1的比例向下变宽。基础采用承台群桩基础，12号交界墩承台厚3.5 m，每幅平面尺寸14.4 m×8.0 m，其下为8根直径1.8 m的钻孔灌注桩。13号桥台为轻型结构，拱桥直接支撑在承台上，承台厚3.5 m，上设2 m厚背墙，其下为8根直径1.5 m的钻孔灌注桩。上部结构采用钢管混凝土下承式梁拱组合桥，主桥斜向计算跨径134 m，计算矢高33.5 m，拱轴系数2.0，计算矢跨比1∶4，如图1所示。

本桥采用无推力系杆拱桥，拱肋水平推力主要靠桥道纵梁预应力系杆平衡。两端锚具设置有可能适应变位和调节长度的球形垫板和螺母。桥道系为双纵肋式，肋横向中心间距12.8 m(同吊杆)。现浇段；箱梁顶宽12.10 m，底宽7 m，箱梁两侧翼缘长2.55 m，两横隔板间顶板厚0.28 m，箱梁底板厚1.269 m～0.3 m渐变，腹板厚0.7 m～0.5 m渐变。

2 桥道梁支架系统计算

2.1 现浇桥道梁支架形式

桥道梁支架采用钢立柱临时支墩形式，12号墩交界位置预埋牛腿作为支点，其他基础采用钻孔灌注桩φ80 cm×1 500 cm嵌入钢筋混凝土1.5 m×1.5 m承台。钢立柱[1]采用φ720×10 mm的Q235螺旋钢管作为主支撑体系，纵桥向12排，横桥向分3排(单幅桥)，全桥共计68根钢立柱。钢立柱支架设置16槽钢做成桁架把相邻两排钢管连接成整体增加整体稳定性，槽钢与钢管立柱进行现场焊接。

2.2 桥道梁上部支撑

桥道梁支架上部构造主要指的是现桥道梁模板的支撑系统，由横梁、贝雷纵梁和分配梁组成。纵向主梁采用贝雷梁，横桥向采用90°支架连接。贝雷梁根据受力计算均需采用标准加强弦杆加强，在钢管桩顶位置需设加强竖杆，加强竖杆采用双肢Ⅰ10型钢，如图2所示。

2.3 桥道梁支架系统计算

2.3.1 计算荷载标准

所用钢材：Q235B，用于支架钢管桩、支架称重量、横向分配梁，贝雷梁：16Mn。荷载标准及组合见表1。

表1 荷载标准及组合

2.3.2 计算工况

根据现场施工时间情况及工序对车道梁现浇支架按以下几种工况[2,3]进行计算：

工况一：贝雷梁自重+混凝土第一次浇筑荷载+临时荷载计算。

工况二：工况一组合荷载+混凝土第二次浇筑荷载。

工况三：工况二、三组合荷载+混凝土第四次浇筑荷载(合龙段)。

工况四：工况一、二、三组合荷载+混凝土第四次浇筑荷载(合龙段)。

工况五：工况一～四组合荷载+拱肋自重+拱肋安装支架。

2.3.3 计算模型

为验算桥道梁现浇支架各构件内力和变形是否满足要求，根据现浇支架设计图纸使用midas Civil2012 建立有限元模型，全部单位采用梁单元、桁架单元模拟，共计12 231个节点，桁架单元7 247、梁单元16 444；模型所选用的材料大多为Q235钢材，钢管、工字钢、槽钢、贝雷梁支撑架、贝雷梁材质均为16Mn钢材，根据支架系统各截面特点选用了不同的截面，模拟了相应的连接件和边界条件以确保模型准确性。

2.3.4 不同工况桥道梁现浇支架模型计算

支架系统主要由4种材料构成：Q235(钢管桩、工字钢、槽钢、支撑架)，16Mn(贝雷梁)，因此验算其强度及变形，现浇支架模拟计算见图3。

计算不同工况下现浇支架整体挠度，计算值如表2所示。

表2 不同工况现浇支架整体挠度 mm

根据模拟分析得出支架的搭设在满足合理经济性同时满足设计规范要求，避免了因方案设计而带来的安全隐患。

2.3.5 现浇支架整体稳定性分析

验算φ720×10 mm钢管，最大轴力145 t，最大自由长度取10 m，验算时取1.2的安全系数[1,4]。

钢管压缩变形计算(取受力最大钢管长度)：

支架整体屈曲稳定系数为4.2>4，满足要求。

3 桥道梁施工

3.1 桥道梁浇筑前期准备

桥道梁模板主要采用钢模板和木模板的组合形式进行安装[4]，在底模铺设完成后，重新标定桥梁中心轴线，对车道梁的平面位置进行放样，在底模上标出侧模、内腹模和钢筋布置的位置。顶板底模安装，在安装前需利用钢管脚手架预先搭设模板支撑，支架顶设可调高度顶托，堵头模板因有钢筋及预应力管道孔眼，模板采用钢模。

在梁端与横梁位置预应力锚头位置的模板和支座处模板，按设计要求和支座形状做成规定的角度与形状，保证锚头位置混凝土面与该处钢绞线的切线垂直。桥道梁上设置了众多的预埋件，浇筑前要仔细核对图纸，注意支座预埋钢板、拱脚钢构件、预应力设备、泄水孔等预埋件的埋置，千万不可遗漏，预埋时注意各预埋件的尺寸和位置。

3.2 桥道梁混凝土浇筑施工

根据总体施工组织安排，总长度为141 m，共分3次浇筑。预留2段2 m接头，第一次浇筑46 m，第二次浇筑46 m，第三次浇筑45 m。梁段混凝土分3次浇筑完成，混凝土浇筑采用泵送。首先浇筑梁两端腹板，浇筑至顶板倒角位置，顶板一次浇筑完成。为了确保梁体的外观质量，竖直方向上腹板先浇筑，混凝土浇至顶板倒角处，顶板再进行浇筑。

3.3 桥道梁预应力施工

预应力工程[5]作为现浇桥道梁的重中之重，从预留孔道的布设、锚垫板的安装、锚下混凝土的振捣以及张拉和压浆操作均不容忽视。一旦某一环节出现问题，就会造成质量问题。预应力工程分孔道成型、下料束、穿索、张拉和压浆、封锚六个步骤。

4 结论

所建模型与实际情况基本一致。通过有限元对实际荷载的模拟可计算不同工况下分配梁、贝雷梁、临时支墩能否满足要求，计算支架的整体稳定性也满足规范要求。证实支架方案设计的合理性，避免了工程在施工过程中因设计存在缺陷所带来的安全隐患，也为桥梁工程质量的提升和企业经济效益的增加做出更大效益。

[1] GB 50017—2003，钢结构设计规范[S].

[2] JTG D60—2004，公路桥涵设计通用规范[S].

[3] JTJ 025—86，公路桥涵钢结构及木结构设计规范[S].

[4] JTG/T F50—2011，公路桥涵施工技术规范[S].

[5] JTG D62—2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

Construction of bridge beam of arch bridge superstructure based on finite element simulation

Peng Fanguo

(ZhejiangPanSeaTransportationEngineeringCo.,Ltd，Hangzhou310000,China)

The construction of bridge girder is an important part of bridge construction. The design of bracket before construction is related to the safety, stability and service effectiveness of bridge superstructure. Based on the finite element simulation, the safety of the bridge structure and the design of the bridge structure is analyzed, and the construction technology of the superstructure is introduced.

bridge beam construction, superstructure, finite element simulation

1009-6825(2017)20-0178-03

2017-04-19

彭藩国(1989- )，男，助理工程师

O241.82

A