Midas/Civil有限元软件在六连拱桥满堂支架设计中的应用

陈义兵，张建仁

（滁州市路桥工程有限责任公司，安徽 滁州 239000）

一、结构设计简述

滁州市滁州大道罗巷桥桥跨布置6x30米，全长215.0米。桥梁采用6孔空腹式连拱。主拱圈均为悬链线无铰拱。拱圈净跨径为30m，计算矢高为4.9m，矢跨比为1/5.44。主拱圈采用90cm厚板拱。桥梁主拱圈如图1.1所示。桥梁下部各墩为拱座接承台、桩基础；桥台采用组合式桥台，前台采用重力式桥台接承台、桩基础；后座采用重力式桥台。

图1.1 单跨主拱圈立面图

二、主要材料

(1)混凝土：C40 砼；(2)钢管：Q235（Φ48×3.5型碗扣式支架）

表1.1 混凝土力学指标

表1.2 钢管截面特性

本次计算模型按碗扣式满堂支撑架设计，假定支架基础稳定不发生沉降，地面以上20cm处纵、横向均设置扫地杆，立杆纵横向间距60cm，大、小横杆步距最大1.2m，顶部按照空间位置进行加密，立杆顶部自由端不超过30cm。为简化计算且偏于安全计算，本次模型不设置剪刀撑。连拱桥模型按无铰拱计算。

三、计算模型

桥梁结构计算模型如下图2.1所示，桥梁节点数量6882个，单元15594。

图2.1 桥梁结构Midas/Civil模型图

主拱圈按照从拱脚至拱顶的步骤分段进行浇筑，分段位置应能使拱架受力对称、均匀和变形小为原则。模型中主拱圈按90cm厚度进行浇筑，横桥向取3m宽段建模；纵桥向在拱脚、中间和1/4部位分别设置1m宽间隔槽，按照1/4部位、中间、拱脚顺序进行合拢。先1-2跨形成连拱，再5-6跨形成连拱，最后合龙3-4跨形成六连拱。

Midas/Civil模型施工阶段模拟流程：

(1)满堂支架架设；(2)第一阶段（工况1）：由各跨拱脚间隔槽处向中心对称浇筑混凝土至l/4处间隔槽；(3)第二阶段（工况2）：由l/4处间隔槽处对称浇筑混凝土至拱顶间隔槽处；(4)第三阶段l/4处合拢（工况3）；(5)第四阶段中间处合拢（工况4）；(6)第五阶段拱脚处合拢（工况5）；(7)成桥状态。

2.1 桥梁结构施工阶段分析汇总表2.1

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四、稳定性分析

（一）根据《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》（JGJ 166-2016）第 5.3.9 条规定：

模板支撑架立杆计算长度应按下式计算：

式中：h—步距；

a—立杆伸出顶层水平杆长度，可按650mm取值；

μ—立杆计算长度系数，取值1.1；

k—立杆计算长度附加系数，按表5.3.9采用。

注：当验算立杆允许长细比时，取k＝1.000。

（二）根据《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》（JGJ 166-2016）第 5.1.7 条规定：

5.1.7脚手架杆件长细比应符合以下规定：

1脚手架杆LI细比不得大于230；

立杆允许长细比：

钢管轴心受压稳定系数：

查《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》（JGJ 166-2016）附录C:钢管轴心受压稳定系数：

φ=0.1707f=N/(φA)N—杆件轴力结果见汇总表2.1

五、结果汇总

通过对本桥的模型计算分析可知：桥梁结构施工阶段分析；

表3.1 第一阶段施工结果汇总表

表3.2 第二阶段施工结果汇总表

表3.3 l/4合拢段施工结果汇总表

表3.4 中间合拢段施工结果汇总表

表3.5 拱脚合拢段施工结果汇总表

六、结论

从 Midas/Civil计算结果

可以看出，立杆纵横向间距60cm，大、小横杆步距最大1.2m，顶部按照空间位置进行加密，立杆顶部自由端不超过30cm。按此方案设计立杆的挠度、强度及稳定性均能满足施工要求。此模型由于简化，仅在跨中部分设置剪刀撑，对水平力的约束较弱，但在可控范围；.拱圈浇筑应遵循对称均衡加载的原则，应先1/4、后拱顶再拱脚对称、均匀进行，主拱圈低温合龙、高温松架。拱圈纵桥向分段施工缝应保持与拱轴线垂直。施工过程中应做好施工控制工作，在关键位置设置观测点，主拱圈施工及拱上填料、桥面系施工的全过程均应监测主拱圈的变形。