下承式鋼管砼簡支系桿拱橋設(shè)計探討

1、下承式鋼管砼簡支系桿拱橋設(shè)計探討張紅日（肇慶市公路勘察設(shè)計院 肇慶市 526040）摘要：以70m跨徑的下承式鋼管砼簡支系桿拱橋設(shè)計為依據(jù)，探討此種橋型的結(jié)構(gòu)體系，重點闡述了結(jié)構(gòu)的分析計算、設(shè)計要點、施工方法以及注意事項，供同類橋梁的設(shè)計借鑒和參考。 關(guān)鍵詞：新建 下承式鋼管砼簡支系桿拱橋 設(shè)計下承式鋼管砼簡支系桿拱橋美觀大方，在城市化進(jìn)程的背景下，此種橋型越來越多的被使用。但近年來此種橋型發(fā)現(xiàn)不少問題，尤其在吊桿、鋼管拱等結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)的問題比較多，下面以高要市江景綠道景觀步行橋新建工程為案例，系統(tǒng)地探討主橋的設(shè)計及施工中的注意問題。一、工程概況項目跨新興江，為江景綠道的重要工程。橋梁長221.

2、25m，總寬8米，凈寬5.3米；人群荷載：3.5KN/m²。橋梁設(shè)計洪水頻率為1/100。通航等級為國家內(nèi)河VII級航道，底凈寬32m，上底凈寬27m，凈高4.5m，側(cè)高2.8m?？鐝浇M合為2×20m預(yù)應(yīng)力砼空心板橋+1-70m下承式鋼管砼系桿拱+5×20預(yù)應(yīng)力砼空心板橋+1-8m鋼筋砼板橋。二、橋梁設(shè)計要點2.1上部結(jié)構(gòu)設(shè)計：主橋結(jié)構(gòu)形式為下承式鋼管砼簡支系桿拱橋。拱肋理論計算跨徑為68m，計算矢高13.6m，矢跨比1/5，理論拱軸線方程為：Y=（4FX/L2）（L-X）（坐標(biāo)原點為理論起拱點）。橋面結(jié)構(gòu)采用系梁、橫梁、橋面板固結(jié)體系，以提高結(jié)構(gòu)的整體剛度。系梁

3、與鋼管拱預(yù)拱度均為4cm。主要結(jié)構(gòu)構(gòu)造如下：系梁及橫梁系梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，其截面為矩形實體截面，梁高為1.2m，梁寬為1.20m；近支點4m處梁高逐漸增大至2.2m，主橋位于豎曲線內(nèi)，橋面豎曲線由系梁坐標(biāo)調(diào)節(jié)。每個系梁采用8束（每束10根）預(yù)應(yīng)力鋼絞線。全橋共設(shè)15道預(yù)應(yīng)力混凝土橫梁，其中有2道端橫梁、13道內(nèi)橫梁。內(nèi)橫梁對應(yīng)位置設(shè)置吊桿。橫梁采用T形截面，橋面板與橫梁形成一體化。端橫梁寬1.5m，平均高1.89m，內(nèi)橫梁寬2.1m，底寬0.7m，平均高0.79m。拱肋及風(fēng)撐全橋共設(shè)兩道鋼管砼拱，拱肋截面為圓形，外徑100cm，鋼管壁厚14mm，采用泵送混凝土頂升灌注。拱肋鋼管設(shè)排氣孔,

4、在兩拱座處各設(shè)一個進(jìn)料口,待泵送混凝土完畢后,封死排氣孔及進(jìn)料口；在兩片拱肋之間設(shè)置3道鋼管風(fēng)撐，外徑D=60cm，鋼管壁厚12mm，風(fēng)撐鋼管內(nèi)不灌混凝土。吊桿每片拱肋設(shè)13根廠制吊桿，最兩端吊桿距離原點4.0m，其余吊桿間距為5.0m。吊桿張拉采用單端張拉，張拉端設(shè)于鋼管拱頂部，固定端設(shè)于系梁底部，吊桿錨墊板上下導(dǎo)管外設(shè)加強螺旋筋及鋼筋網(wǎng)格，以彌補吊桿錨固對縱梁和拱肋截面的削弱。采用雙柱式墩，鋼筋砼鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，墩樁徑為D200cm ，墩柱徑D180cm，柱頂及樁頂均設(shè)置系梁，樁基按嵌巖樁設(shè)計。為滿足抗震設(shè)防的要求，主墩內(nèi)、外側(cè)均設(shè)置橫向防震抗滑塊。主橋墩按防船舶撞擊設(shè)計，橫橋向撞擊作用為

5、400KN，順橋向撞擊作用為350KN。 主橋墩采用水中鉆樁平臺施工。三、橋梁結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)靜力計算按平面有限元的方法進(jìn)行, 計算程序采用同濟大學(xué)編制的橋梁博士結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)。承載能力極限狀態(tài)驗算組合I（基本組合）的強度驗算：系梁、鋼管砼拱；整體穩(wěn)定性驗算；鋼管砼軸向受壓承載力驗算；正常使用極限狀態(tài)應(yīng)力驗算組合III（標(biāo)準(zhǔn)組合）最大法向壓應(yīng)力、最大主壓應(yīng)力驗算：系梁、鋼管拱內(nèi)砼； 組合I（長期效應(yīng)組合）、II（短期效應(yīng)組合）最大法向拉應(yīng)力、主拉應(yīng)力驗算：系梁、鋼管拱內(nèi)砼；鋼管砼拱、系梁的撓度驗算；鋼管砼拱Q345鋼管應(yīng)力驗算；吊桿應(yīng)力驗算。施工階段驗算按公路橋規(guī)荷載組合進(jìn)行。內(nèi)河通航船撞驗算。四、

6、施工方法及施工步驟下部結(jié)構(gòu)完成后采用“先梁后拱”的施工方法施工，支架上現(xiàn)澆系梁、橫梁及橋面板架設(shè)鋼管拱肋及風(fēng)撐泵送管內(nèi)混凝土成拱安裝并第一次張拉吊桿二期恒載第二次張拉吊桿拆除臨時支架安裝伸縮縫。4.1系梁、橫梁及橋面板的施工方法及施工步驟：搭設(shè)水中施工平臺，每條系梁支架下打鋼管樁基礎(chǔ)，鋼管樁需支撐于中或微風(fēng)化巖面，河床以上搭鋼管柱支架，架設(shè)貝雷桁架超載預(yù)壓后現(xiàn)澆系梁砼；鋼管樁、柱可采用砂礫填芯，樁頂、柱頂各1.0m采用C20砼填芯。施工完成后，河床底面以上的鋼管樁必須切割清除。現(xiàn)澆端橫梁和內(nèi)橫梁，使之同系梁形成框架，待混凝土達(dá)到設(shè)計強度的95%后（且齡期不少于7天），張拉系梁、端橫梁、內(nèi)橫梁的

7、部分鋼束并及時壓漿；待吊桿第一次張拉完后再張拉系梁內(nèi)剩余鋼束并及時壓漿。4.2拱肋及風(fēng)撐的施工方法及施工步驟：于引橋上分段制作鋼管拱肋，拼接成節(jié)段，在現(xiàn)場嚴(yán)格按設(shè)計要求焊成左、右兩段； 搭設(shè)支架以保持拱肋穩(wěn)定；分兩段吊裝拱肋鋼管，并安裝風(fēng)撐；泵送拱肋內(nèi)微膨脹混凝土，澆筑砼時自拱腳推向拱頂，應(yīng)對稱灌注，且兩側(cè)鋼管同步進(jìn)行，相差不超過50cm，以避免受力不均；拆除拱肋支架后安裝張拉吊桿。4.3吊桿的施工方法及施工步驟：吊桿上端為C型，下端為A型，兩端均為螺母式，上、下端需安裝保護(hù)罩，施工步驟為：將吊桿兩端錨頭拆開包裝，檢查螺紋是否旋入自如。索體部分的外包裝可待施工完成后再拆除；將吊桿兩端的螺母旋出

8、，待用；將保護(hù)罩的厚墊板焊接在下端預(yù)埋墊板上，注意與墊板孔對中；將起吊設(shè)備的牽引繩由待穿吊桿的拱上預(yù)留孔道放下，穿過球形墊板及球形螺母； 將起吊牽引繩的連接頭與吊桿上端錨頭內(nèi)螺紋連接，并將錨頭從拱肋上的預(yù)埋孔管牽引出預(yù)埋墊板，繼續(xù)向上提，直至下端錨頭裝入下預(yù)埋管，放下吊桿，兩端裝上球形墊板，旋上球形螺母；根據(jù)工程情況，調(diào)節(jié)上端或下端錨頭；重復(fù)以上步驟，進(jìn)行下一根吊桿的安裝；在所需張拉的一端設(shè)施工平臺，安裝張拉設(shè)備，對吊桿進(jìn)行張拉；根據(jù)施工設(shè)計的吊桿張拉順序及控制應(yīng)力要求進(jìn)行吊桿的索力張拉以及標(biāo)高調(diào)整；張拉到設(shè)計噸位后，旋緊螺母，將設(shè)備拆下；下端預(yù)埋管內(nèi)應(yīng)用灌入設(shè)計要求的填充材料，務(wù)必將錨頭部分

9、全充滿，建議填充OVM.PZ型防腐材料，裝好上、下減震體，上端的擋板直接焊接在預(yù)埋管上，下端防水罩安裝要求密封不滲水。五、施工要點及注意事項橋面以下系梁、橫梁及橋面板皆在支架上現(xiàn)澆，施工單位應(yīng)高度重視支架的設(shè)計與施工，支架應(yīng)有足夠的剛度和強度，并需預(yù)壓(預(yù)壓重量應(yīng)為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)重量的1.2倍)以消除其非彈性變形，防止混凝土開裂。澆注砼前仔細(xì)檢查吊桿預(yù)埋件、橫梁預(yù)埋鋼筋是否放置到位。端橫梁牛腿上安放空心板時注意安放順序，邊梁的安放不可阻礙系梁內(nèi)鋼束的張拉。拱座施工時，要特別注意拱肋預(yù)埋段鋼管的定位，采取措施，確保鋼管的坐標(biāo)位置及傾角準(zhǔn)確無誤。鋼管拱肋與風(fēng)撐的施工拱肋、風(fēng)撐等鋼結(jié)構(gòu)均應(yīng)采用工廠制作，卷

10、管方向與鋼板壓延方向一致，所有鋼管管節(jié)均采用直縫坡口焊接。管節(jié)與構(gòu)件制作標(biāo)準(zhǔn)及精度要求應(yīng)按鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程（CECS28：90）及鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范（GB50205-2001）辦理，組裝允許偏差按鐵路鋼橋制造及驗收規(guī)范（TB10212-98）辦理。鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行噴砂除銹及表面粗糙化，除銹等級應(yīng)達(dá)到GB892388標(biāo)準(zhǔn)的Sa2.5級，表面的粗糙度應(yīng)達(dá)到GB979388標(biāo)準(zhǔn)的Ra4060m。鋼結(jié)構(gòu)表面防腐涂層工廠加工時采用環(huán)氧富鋅底漆1道80m，環(huán)氧云母氧化鐵中間漆1道100m，氯化橡膠厚膜面漆1道45m（橘紅色），現(xiàn)場焊接拼裝時需對焊縫周圍破壞位置重新噴涂此三層油漆，焊接拼裝好后

11、整體噴涂氯化橡膠厚膜面漆1道45m（橘紅色）。涂裝總厚度270m，具體的施工、評定、試驗等標(biāo)準(zhǔn)詳見公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件JT/T 722-2008等國家標(biāo)準(zhǔn)。鋼結(jié)構(gòu)下料切割焊接均應(yīng)按國家有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。所有管節(jié)、構(gòu)件在工廠制作時，應(yīng)按1：1放大樣，出廠前，應(yīng)將管肋試拼，試拼時的精度要求：拱軸線實測值與設(shè)計值在豎向及水平方向的允許偏差值為：拱頂：±5mm；1/4拱肋：±5mm；拱腳：±5mm。拱肋鋼管焊接的要求：(a)焊接工人的選擇及焊接工藝必須按GBJ205-83的規(guī)定辦理，工廠焊接應(yīng)采用自動焊；(b)焊條的選擇按JTJ041-89規(guī)范辦理；(c)鋼管的

12、縱、環(huán)對接焊縫按GB50205-2001規(guī)定的級辦理。超聲波檢驗：取樣數(shù)量，取樣方法及試驗方法應(yīng)符合GB1991的規(guī)定，供貨方提交的工廠質(zhì)量證明書應(yīng)符合GB2101的規(guī)定。焊縫應(yīng)按GB/T1134589、GB/T332387的規(guī)定做超聲檢驗或射線檢驗，探傷工藝及驗收都應(yīng)滿足規(guī)范要求。焊接拱肋前，仔細(xì)檢查加勁肋及加固鋼筋的焊接。嚴(yán)格計算吊桿對應(yīng)拱肋的位置，在拱肋對應(yīng)吊桿位置開孔，安裝焊接吊桿預(yù)埋鋼板及鋼管。拱肋內(nèi)泵送混凝土必須連續(xù)進(jìn)行，一次完成，中途不得停頓，待上端排氣孔正常出漿后方可停止，泵送過程中應(yīng)始終對拱橋進(jìn)行監(jiān)控，防止發(fā)生“冒頂”；鋼管內(nèi)混凝土的配制，應(yīng)確保施工時具有低熱、大流動性、收縮

13、補償、延后初凝和早強等工程性能，可摻加適量粉煤灰，采用適當(dāng)?shù)母咝Ь從盟蛣?、CAS微膨脹劑等外加劑，施工單位可根據(jù)自己的施工經(jīng)驗進(jìn)行配制。此外，摻加微膨脹劑時，管內(nèi)混凝土在密閉保水情況下的膨脹量和通常養(yǎng)護(hù)情況下的膨脹量是不同的，這一點應(yīng)引起施工單位的注意；膨脹劑的使用，應(yīng)能補償混凝土的溫縮和干縮，并使其最終具有0.0005左右的微膨脹效果。鋼管內(nèi)灌注混凝土后，各開口處的封焊需等到混凝土強度達(dá)到50以后進(jìn)行，并注意避免高溫?fù)p傷管內(nèi)的混凝土。吊桿的安裝，應(yīng)嚴(yán)格施工工序間的管理和監(jiān)控，安裝時不得磕碰敲擊損壞錨具，不得損壞拉索的材質(zhì)，不得使其變形；應(yīng)精確計算下料長度，保證一端的錨杯能夠滿足調(diào)節(jié)高程的需要，嚴(yán)格控制剝除PE長度，張拉結(jié)束后按照要求做好防腐措施。張拉吊桿時，吊桿伸長量以總伸長量10%初張拉為起點到控制張