常备式钢拱架承载能力提升方案研究

（重庆交通大学土木工程学院， 重庆 400074）

常备式钢拱架承载能力提升方案研究

曹淞柏

（重庆交通大学土木工程学院， 重庆 400074）

本文是基于四川省交通厅公路局所设计的常备式钢拱架承载能力提升的研究。主要是由于在实际施工时，主拱圈重量的不同可能导致已有的常备式钢拱架施工承载能力不够，鉴于这种情况，需要在实际施工考虑中，采取方案，对常备式钢拱架施工承载能力提高，以满足实际工程需求。

常备式钢拱架；承载能力提升；有限元分析

0 引言

拱桥，作为一种古老的桥式以其独特的优点在现代桥型中特别是山区桥梁中占据着重要的地位。而拱桥施工方法中，钢拱架施工，在现代山区桥梁施工过程中使用越来越频繁。

1 常备式钢拱架

常备式钢拱架为四川省交通厅公路局设计的一套跨径从30～100m，矢跨比从1/4～1/8适合我国常用常备式钢拱架。其基本构件主要为：砂筒、拱座、短三角、端弦杆、基本三角、长短弦杆、横联装置、风构件等。顺桥向为与拱圈的拱腹线性吻合最佳，利用基本三角和长短弦杆数量和位置的变化进行合理组合，就可以组装成多种跨径和多种矢跨比的两铰或三铰的钢拱架。横桥向根据桥梁的宽度用该设备特设的横向装置把各片拱架刚劲的连接起来，充分保证了结构的横向稳定性。这种横向装置还可以采用不同的横向间距以适应桥梁不同的宽度和荷载大小的需要。

2 工程概况

磨盘沟大桥复线桥采用主跨80m钢筋混凝土上承式拱桥，桥梁起点桩号：K0+390.800，终点桩号K0+517.070，桥梁总长119.2m，横断面布置：3.5m（人行道）+8.0m（车行道）+0.5m（车行护栏）=12.0m。拱圈采用C40钢筋混凝土结构，净矢高20米，净跨径80米，矢跨比f/L=1/4，拱轴系数m=2.514。拱圈采用单箱四室箱形截面，拱圈宽为10.6m，拱圈高1.8m；顶底、板厚25cm，中腹板宽30cm，边腹板宽50cm。

该桥净跨径80m，拱顶距沟底高差约50。两侧桥台处于坡角在50-60°左右的陡坡上，局部陡坎可达80°，施工难度大，交通较为方便。

3 承载力提升方案

因主拱圈与沟底相对高差达49.18m。采用满堂脚手架支撑方案并不经济，故采用无支架钢拱架现浇施工，但是采用已有常备式钢拱架经过验算，拱架承载能力不够，所以需要采取方案对现有常备式钢拱架进行改进，以使其满足实际施工需求，改进方式为在钢拱架下面支撑钢管支架（适用于桥址位置不是特别高）。计算初期采用了两种方式的支撑方案：

方案一：在四分之一拱圈位置附近，横向支撑三根Φ630×12竖钢管，以横撑、斜撑相连，钢管顶部焊接双拼工字钢（I 320x130x9.5/15），在工字钢与拱架之间设置砂桶支座，以便于拱圈浇筑成型后，拱架拆除。

方案二：在四分之一拱圈位置附近，横向支撑两排三根Φ630×12竖钢管，以横撑、斜撑相连，钢管顶部焊接双拼工字钢（I 320x130x9.5/15），在工字钢与拱架之间设置砂桶支座，以便于拱圈浇筑成型后，拱架拆除。

经过初步计算，方案一中有部分拱架杆件应力超出了限定值，最终采取了方案二，方案二中四分之一位置附近两排共计六根钢管以横撑斜撑相连，对钢拱架支撑位置更多，另一方面组成了更大的框架，对钢管支撑的稳定性起到了更好的作用。

4 有限元分析计算

4.1 计算模型

图1 钢拱架施工模型图

计算采用MIDAS/Civil 2015有限元计算软件进行计算，钢拱架及钢管支架等均采用梁单元模拟、混凝土主拱圈（箱拱，C50混凝土）由于分步分阶段浇筑，采用板单元进行模拟，钢拱架与主拱圈采用仅受压单元连接，钢拱架与增设支架之间采用弹性连接中刚性连接，计算模型如下图 1所示

4.2 施工阶段划分

表 1 施工阶段划分

4.2 计算结果

表 2 计算结果表格

从上述结果表格中可以看出，在进行钢管支架支撑后，临时钢拱架结构强度、刚度、稳定性均能满足要求。

5 结论

对于不同重量拱圈的钢拱架施工，当现有常备钢拱架不能满足承载力要求时，可以采取在钢拱架下支撑钢管立柱的方案，这样一方面省去了满堂支架的高成本，另一方面很好的利用了当前已有的钢拱架设备。但值得注意的是，钢管支架支撑位置及所需支撑数量定应根据实际拱圈线形、拱圈重量分布及经济性综合决定，且对于高度较高的钢管支撑，需要注意验算其稳定性。

[1]唐颖贤.常备式钢拱架施工设计与受力分析[J].西部交通科技,2016,07:27-30.

[2]吴明东.常备式钢拱架[J]. 公路,1993,02:16-18.

[3]朱巍志,张哲,黄才良,李盼到,庄年. 大跨度拱桥施工拱架的设计方案研究[J].工业建筑,2008,S1:903-906.

[4]姜旭. 钢拱架施工过程中的稳定性研究[D].重庆交通大学,2014

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1007-6344（2017）08-0274-01