劉祥 伍華剛 張智

摘要：文章采用Midas有限元軟件，對(duì)雙飛翼中承式復(fù)式鋼箱拱橋的支架體系進(jìn)行驗(yàn)證，在考慮超長(zhǎng)跨越段、交叉段、風(fēng)荷載等因素的作用下，從剛度、強(qiáng)度以及穩(wěn)定性等方面對(duì)支架體系進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，烏蘭木倫河3號(hào)橋的支架體系具有較高的安全系數(shù)，可滿足正常施工的需求。

關(guān)鍵詞：Mdas;支架體系;強(qiáng)度;穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)：U443.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.13282/j.cnki.wccst.2021.01.001

文章編號(hào)：1673-4874（2021）01-0001-04

0引言

雙飛翼中承式復(fù)式鋼箱拱橋通過(guò)吊桿將外傾主拱與內(nèi)傾副拱進(jìn)行連接，造型新穎靈動(dòng)，別具一格[1-2]。但除拱肋自身傾斜外，還存在著交叉段的情況，因此相對(duì)于常規(guī)纜索吊裝、轉(zhuǎn)體施工等方法，采用支架法進(jìn)行拱肋安裝具有施工快、成本低、安全性高等優(yōu)勢(shì)。支架體系的剛度、強(qiáng)度以及穩(wěn)定性決定著施工過(guò)程的安全和質(zhì)量[3-4]。本文以烏蘭木倫河3號(hào)橋?yàn)槔?，運(yùn)用Midas有限元軟件對(duì)支架體系進(jìn)行受力計(jì)算，通過(guò)對(duì)超長(zhǎng)跨越段、交叉段以及百年一遇風(fēng)荷載的計(jì)算[5-6]，論證支架法施工的安全性和可靠性，為該類型工程提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

1工程概況

烏蘭木倫河3號(hào)橋是國(guó)內(nèi)首座雙飛翼城市景觀特大橋梁，跨徑布置為（5+74+200+ 64+5）m，屬中承式復(fù)式鋼箱拱橋。鋼箱梁跨度為348m，橋面為1.68%的單向縱坡段，1.5%的雙向橫坡，高度為3.5m，變截面寬度為42～65m。主拱結(jié)構(gòu)為飛翼式鋼箱拱，向道路中心線外傾17°，跨度為200m，截面高3m，寬4m，采用曲形曲做，面內(nèi)矢高為75m。副拱結(jié)構(gòu)為內(nèi)傾式鋼箱拱，向道路中心線內(nèi)傾45杜，兩側(cè)副拱跨度分別為326m、330m，標(biāo)準(zhǔn)段尺寸高寬均為2.0m，變截面段尺寸高為2.0～3.0m，寬為2.0～3.0m，面內(nèi)矢高為35m。本橋設(shè)置23對(duì)吊桿，其中主拱與鋼箱梁間設(shè)置17對(duì)吊桿，主拱與副拱設(shè)置6對(duì)吊桿，橋面采用鋼-STC+SMA組合橋面結(jié)構(gòu)。拱肋布置如下頁(yè)圖1所示。

2支架體系介紹

拱肋支架設(shè)計(jì)分為主拱支架、副拱支架、主副拱交叉段以及主副拱橫連四部分。因主、副拱設(shè)計(jì)存在交叉，部分鋼管立柱為主、副拱支架共用。由于副拱內(nèi)傾，部分副拱支架需架立在鋼箱梁頂面。

每個(gè)拱肋節(jié)段前后端均由鋼管支架臨時(shí)墩進(jìn)行支撐。非交叉段主副拱臨時(shí)墩橫橋向間距為6m，順橋向間距為3m，標(biāo)準(zhǔn)步距為4m，每4步距設(shè)置水平斜桿。交叉段支架隨拱肋具體形式而布置，每層均設(shè)置水平斜撐。部分主副拱支架間設(shè)置大橫連，共計(jì)16道。受施工現(xiàn)場(chǎng)條件影響，南北岸端部2～3節(jié)拱肋需整體吊裝，支架加強(qiáng)設(shè)計(jì)。

臨時(shí)墩立柱均采用529×9mm螺旋鋼管，橫桿及斜桿均采用180×5mm鋼管，橫聯(lián)上下弦桿采用鋼管273×6.5mm。主拱支架頂部設(shè)置雙拼63工字鋼，副拱支架頂部設(shè)置雙拼56工字鋼。鋼管支架基礎(chǔ)為樁基，樁基礎(chǔ)直徑為1.3m，混凝土強(qiáng)度為C30，鋼管埋入樁基2m。支架平面布置見(jiàn)圖2。

3支架體系受力分析

3.1材料屬性

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，本橋主拱結(jié)構(gòu)對(duì)稱，副拱結(jié)構(gòu)雖不對(duì)稱，但非主控因素，因此只建立1/4主拱、副拱支架模型進(jìn)行計(jì)算。采用Midas有限元軟件進(jìn)行計(jì)算。支架全部采用Q235鋼材，采用容許應(yīng)力法，[σ]=145MPa，[τ]=85MPa，各構(gòu)件均采用梁?jiǎn)卧ⅰ?.2邊界條件

邊界條件中支架立柱埋于樁基礎(chǔ)中，進(jìn)行固結(jié)處理，約束所有平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng);立柱與橫桿、斜桿均采用相貫線焊接，即剛接處理;立柱頂面和橫梁需焊接牢靠，采用剛性連接;主拱、副拱在支架上就位后，部分焊接固定在支架上，采用剛性連接。

3.3結(jié)構(gòu)自重

結(jié)構(gòu)自重中支架自重直接使用模型計(jì)算。為方便計(jì)算，主拱、副拱截面均采用標(biāo)準(zhǔn)截面，自重采取每節(jié)段添加修正荷載，保證每節(jié)段主拱、副拱重量總重不變。具體參數(shù)見(jiàn)表1～2。

3.4風(fēng)荷載計(jì)算

根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）4.3.8和《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGTD60-01- 2004）4.3相關(guān)要求，對(duì)主拱、副拱、支架管施加風(fēng)荷載，最大風(fēng)荷載按百年一遇考慮。

3.5荷載工況

在施工階段，支架基本只承受主拱自重、副拱自重、支架自重以及風(fēng)荷載作用，為計(jì)算出支架強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性趨勢(shì)，荷載組合考慮三種工況如下：

（1）工況一：全部主拱自重+全部副拱自重+支架自重。

（2）工況二：全部主拱自重+全部副拱自重+支架自重+50%（百年一遇風(fēng)荷載）。

（3）工況三：全部主拱自重+全部副拱自重+支架自重+100%（百年一遇風(fēng)荷載）。

3.6模型建立

采用Midas有限元軟件建立計(jì)算模型，各桿件均用梁?jiǎn)卧M（見(jiàn)圖3）。

3.7計(jì)算結(jié)果

由于支架支點(diǎn)間距小，主拱、副拱自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)大，可以判斷其無(wú)需驗(yàn)算，因此只對(duì)支架進(jìn)行驗(yàn)算，見(jiàn)表3。

3.8計(jì)算結(jié)論

綜合以上計(jì)算，該支架結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性滿足要求。

4跨越段支架受力分析

副拱跨越段最大長(zhǎng)度及重量為T1+T2+T3整體吊裝時(shí)，以此建立相應(yīng)模型，采用Midas有限元軟件進(jìn)行計(jì)算。材料屬性、邊界條件、結(jié)構(gòu)自重以及風(fēng)荷載均與支架體系受力分析中一致，建立模型如圖4 所示，計(jì)算結(jié)果匯總見(jiàn)表4。

綜合以上計(jì)算，跨越段支架結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性滿足要求。

5結(jié)語(yǔ)

本文以烏蘭木倫河三號(hào)橋支架體系為例，介紹了雙飛翼中承式復(fù)式鋼箱拱橋的支架計(jì)算，得出以下結(jié)論：

（1）運(yùn)用有限元軟件對(duì)支架體系進(jìn)行受力分析，考慮支架自重、拱肋自重以及風(fēng)荷載作用，支架體系的剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性均滿足要求。

（2）運(yùn)用有限元軟件對(duì)跨越段支架體系進(jìn)行受力分析，考慮支架自重、拱肋自重以及風(fēng)荷載作用，跨越段支架體系的剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性均滿足要求。

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