大跨度邊拱鋼桁式拱架結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化設(shè)計(jì)

大跨度邊拱鋼桁式拱架結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化設(shè)計(jì)

1吊桿、立柱預(yù)應(yīng)力梁橋廣安奎亭-赤河大橋的總直徑為（6.30（引橋））m+（62-256和62（主橋）m-30（引橋）m。全橋采用256m飛雁式鋼管混凝土中承式系桿拱,主拱矢跨比1/4.5,邊拱飛雁矢跨比1/5.86。吊桿、立柱橫梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土,間距為8m和12m兩種;橋面為鋼筋混凝土形連續(xù)梁引橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁橋面連續(xù)。主拱拱肋為啞鈴形4根鋼管混凝土組成的桁架結(jié)構(gòu),拱頂截面高4.5m,拱腳截面高6.5m,肋寬2.78m。主橋邊拱采用雙肋式鋼筋混凝土曲梁,梁高3.5m,梁寬2.8m,兩端分別與主拱座和交界墩蓋梁固結(jié),系桿錨固在交界墩蓋梁處。2常用的拱架種類拱架是有支架施工建造拱橋必不可少的輔助結(jié)構(gòu)在整個(gè)施工期間,用以支撐全部或部分拱圈和拱上建筑的重量,并保證拱圈的形狀符合設(shè)計(jì)要求。因此,要求拱架具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。常用的拱架有滿布立柱式拱架、撐架式拱架、三鉸桁式木拱架、剛拱架和可移動(dòng)式剛拱架。為確保施工質(zhì)量和安全,本文根據(jù)邊拱拱肋的結(jié)構(gòu)和受力特點(diǎn)以及河床的地質(zhì)條件等因素綜合考慮,綜合立柱式拱架和剛拱架結(jié)構(gòu)支撐的受力形式,對(duì)邊拱支架體系進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),在本工程邊拱施工中得到了實(shí)施與應(yīng)用,并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和經(jīng)驗(yàn)成果。2.1貝雷桁架施工整個(gè)支架體系由擴(kuò)大基礎(chǔ)、立柱、橫向分配梁、墊石、支撐梁、貝雷架縱梁、型鋼橫梁組成,如圖1所示。在拱座承臺(tái)位置處,布置4根300mm的短鋼管立柱作為貝雷桁架的豎向支撐,在永久交界墩處通過(guò)鋼箍支撐在永久墩柱上,其他跨的立柱采用1.8m混凝土立柱。邊拱施工過(guò)程中,立柱將承受全部的豎向荷載和部分的水平力?；炷亮⒅c擴(kuò)大基礎(chǔ)固結(jié),以承受立柱所傳來(lái)的全部荷載和彎矩。廣安岸邊拱立柱基礎(chǔ)施工區(qū)域在河中,受河水的影響較大;前峰岸邊拱立柱基礎(chǔ)施工區(qū)域無(wú)地下水或少量地下水?？拷?號(hào)～7號(hào)主墩的基礎(chǔ)落在水下的砂土層中,其基礎(chǔ)采用3.8m、厚度為1.2m的圓形擴(kuò)大基礎(chǔ),為保證基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和承載能力,在基礎(chǔ)下方設(shè)置15根由328鋼筋組成的錨桿,擴(kuò)大基礎(chǔ)與錨桿相連,錨桿嵌入新鮮基巖上,其水下混凝土澆筑采用水下混凝土澆筑的施工工藝。靠近8號(hào)～9號(hào)主墩的基礎(chǔ)落在砂土及風(fēng)化巖層上,其基礎(chǔ)采用兩級(jí)擴(kuò)大基礎(chǔ),其擴(kuò)大基礎(chǔ)平面尺寸為3.5m×3.5m和2.5m×2.5m,每級(jí)基礎(chǔ)的厚度為0.55m。在基底不平整落差較大處,采用C25片石混凝土墊層找平,為防止不均勻沉降造成基礎(chǔ)的破壞,分別在基礎(chǔ)的頂面和地面設(shè)置一層間距為20cm、直徑為20的鋼筋網(wǎng)。橫向分配梁與柱頂固結(jié),其梁長(zhǎng)3m,兩端懸挑0.6m,寬1.8m,頂面沿橋向傾斜。橫撐梁支模時(shí)在距墩柱頂100cm處用PVC管預(yù)留12的支?？?用10cm實(shí)心鋼棒水平穿過(guò)柱心,形成牛腿式支點(diǎn),再采用36號(hào)工字鋼作支模梁。橫向分配梁將貝雷桁架所受的全部荷載均勻地分配給立柱。在橫向分配梁頂部澆筑墊石,用以支撐支撐梁。支撐梁(即斜墊塊)采用C30混凝土預(yù)制,在每個(gè)墩頂處安裝兩個(gè)斜墊塊,支撐于墊石上,每根長(zhǎng)1.8m。其傾斜角度由邊拱在立柱的切線角來(lái)確定。支撐梁直接支撐邊拱肋,為了平衡邊拱肋自重所產(chǎn)生的下滑力,支撐梁上部預(yù)埋6根長(zhǎng)40cm的[14槽鋼,在側(cè)面形成凹槽,支撐梁吊裝完畢后、澆筑邊拱肋混凝土前埋入90cm長(zhǎng)∠100角鋼并與[14槽鋼焊接,以此實(shí)現(xiàn)柱頂與拱肋鉸接的連接形式。角鋼直接埋入邊拱肋混凝土中,等墩柱拆除、支撐梁掉落后將外露部分切除。臨時(shí)支架共分6跨,跨間主梁經(jīng)計(jì)算選用3組貝雷桁架,由6片貝雷片拼裝而成,3組桁架由槽鋼相連,間距600mm,每幅邊拱肋內(nèi)多節(jié)主梁一次全部拼裝到位。拱座端的桁架梁由一個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)貝雷片及一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)貝雷片組成,第二跨及第六跨由4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組成,其余跨由3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)貝雷單元組成。貝雷桁架的上翼面沿縱向設(shè)置由型鋼及枕木組合的橫梁,間距300mm,邊拱肋曲線坐標(biāo)由此組合橫梁的高度調(diào)節(jié)而形成,組合橫梁上方順縱向鋪設(shè)短型鋼次梁,邊拱底模板鋪設(shè)在短次梁上,如圖2所示。貝雷桁架支撐在橫向分配梁的工字鋼短立柱上。施工工作通道采用Ⅰ20工字鋼固定在貝雷桁架上,兩端懸挑作工作通道主梁,Ⅰ20工字鋼布置間距500,走道板及欄桿布置其上,如圖3所示。2.2抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)支架支撐體系承載力如圖4所示。Mmax=4550kN·m,單片貝雷單元的抗彎強(qiáng)度為960kN·m,設(shè)計(jì)貝雷架縱梁為3組6片,總抗彎強(qiáng)度M=960×6=5760kN·m>1.2×Mmax=1.2×4550=5460kN·m,故縱梁的抗彎強(qiáng)度滿足。Nmax=3070kN,Pmax=3070/(0.9×0.9×3.14)=1.21MPa,單個(gè)墩柱的設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度為30MPa,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Pmax,故墩柱的軸心抗壓強(qiáng)度滿足。Nmax=3070kN,Pmax=3070/(0.6×1.8×2)=1.42MPa,支撐梁的設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度為30MPa,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Pmax,故支撐梁抗壓強(qiáng)度滿足。3貝雷梁落架、安裝與固定1)貝雷桁架。邊拱肋混凝土整段澆筑完畢,且其強(qiáng)度達(dá)85%以上后,即可拆除貝雷桁架,使已澆筑完畢的邊拱肋支承在臨時(shí)支架的獨(dú)立柱上,貝雷梁落架的工藝為:先切割梁端下部的斜墊塊,使其脫離貝雷桁架,貝雷桁架降落至支撐面上,然后將底模板、次梁、型鋼及枕木組合梁逐一拆除,最后拆除貝雷桁架。2)支撐梁。邊拱系桿全部張拉完后方能拆除。用鋼絲繩將支撐梁捆綁吊在邊拱上,等墩柱和樁基拆除后割斷預(yù)埋的角鋼才能落地。3)立柱和基礎(chǔ)。將樁基底部混凝土沿環(huán)向鑿除直至主筋完全露出,然后把主筋割斷,用鋼絲繩在主筋斷開(kāi)處捆綁,用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引將其拆除。4支架沉降等不良影響的結(jié)果與分析廣安奎閣渠江大橋邊拱采用立柱貝雷桁架支撐體系,有效地解決了地質(zhì)狀況差所帶來(lái)支架沉降等不良影響,根據(jù)施工監(jiān)控,支架體系的受力、變形及基礎(chǔ)沉降的實(shí)際結(jié)果與理論分析較為