鄧淑飛，董榮強(qiáng)

（1.云南省設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，云南 昆明 650228；2.國(guó)家林業(yè)和草原局西南調(diào)查規(guī)劃院，云南 昆明 650216）

1 引言

拱橋具有剛度大、施工方法多樣、結(jié)構(gòu)體系多樣和美學(xué)價(jià)值高等特點(diǎn)，能夠很好地適應(yīng)地形、地質(zhì)條件，充分展現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)良的力學(xué)性能，在山區(qū)橋梁建設(shè)中具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。此外，在山區(qū)艱險(xiǎn)地區(qū)修建橋梁時(shí)，施工的可行性有時(shí)直接決定了橋型方案的選擇，而橋梁中大多數(shù)的施工方法都適用于拱橋，更增強(qiáng)了拱橋在山區(qū)橋梁建設(shè)中的競(jìng)爭(zhēng)力[1-3]。

拱橋的結(jié)構(gòu)選型主要是總體設(shè)計(jì)參數(shù)的確定，如矢跨比、拱軸線、主拱構(gòu)造、橫向布置等[4]。從已建成的拱橋來(lái)看，拱肋的f/L以1/4～1/6居多[5，6]?！朵摴芑炷凉皹蚣夹g(shù)規(guī)范》（GB 50923-2013）中規(guī)定鋼管混凝土拱橋的主拱f/L宜為1/3.5～1/6；《公路鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T D65-06-2015）中規(guī)定主拱f/L 取值范圍宜為：上承式1/4～1/6，中承式1/3.5～1/5，下承式1/4.5～1/5.5。對(duì)于合理拱軸線，拱軸線宜為拋物線或拱軸系數(shù)為1.2～1.8 的懸鏈線，其中，對(duì)上承式拱橋宜為1.2～2.8，對(duì)中承式拱橋不宜大于1.9，對(duì)下承式拱橋不宜大于1.5[7-10]。對(duì)于提籃拱橋的橫向穩(wěn)定性，現(xiàn)行規(guī)范中采用限制拱橋?qū)捒绫龋垂叭挾然騼赏鈧?cè)拱肋中心線間距與拱橋的跨度之比）的方法來(lái)保證拱橋的橫向穩(wěn)定性，限值為1/20。當(dāng)超過(guò)該值時(shí)，需要驗(yàn)算橫向穩(wěn)定性[11]。對(duì)于內(nèi)傾角度，《鋼管混凝土拱橋技術(shù)規(guī)范》（GB 50923-2013）中規(guī)定提籃式主拱內(nèi)傾角宜為5o～12o，《公路鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T D65-06-2015）中的建議值為5o～10o。桁高是拱肋的重要設(shè)計(jì)參數(shù)，變截面鋼桁拱橋拱肋高度普遍高于鋼箱拱，鋼桁拱橋拱頂高跨比介于1/28～1/57 之間，拱腳高跨比介于1/7～1/40之間[1]。

針對(duì)橋位特點(diǎn)，本文分別從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工兩方面進(jìn)行橋梁方案研究，其中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要進(jìn)行了拱橋總體布置參數(shù)和各組成部分的布置與構(gòu)造研究，施工方面主要進(jìn)行了節(jié)段與單元?jiǎng)澐趾褪┕し桨秆芯?，再通過(guò)施工與成橋結(jié)構(gòu)分析計(jì)算驗(yàn)證橋梁設(shè)計(jì)與施工方案的合理性。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

2.1 結(jié)構(gòu)總體布置參數(shù)研究

2.1.1 結(jié)構(gòu)體系與跨徑

犀牛大橋跨越黑惠江“V”字形深切大峽谷，江面寬約330m，宜采用一跨過(guò)江的橋梁方案。綜合考慮造價(jià)、地形地質(zhì)條件、施工方法等因素，最終確定本橋采用主跨390m中承式推力拱的方案。大橋總體布置如圖1所示。

圖1 犀牛大橋總體布置（cm）

2.1.2 矢跨比

矢跨比為拱橋矢高f與跨徑L的比值，是拱橋最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)之一，對(duì)拱肋內(nèi)力、材料用量等有較大的影響，f/L與材料用量的關(guān)系如圖2所示。通過(guò)對(duì)300余座拱橋f/L的統(tǒng)計(jì)（圖3），發(fā)現(xiàn)矢高與跨徑的關(guān)系近似為一次函數(shù)，相關(guān)度達(dá)0.94，計(jì)算得到最佳的f/L為1/4.6，本橋f/L取1/4.5。

圖2 矢跨比與用鋼量的關(guān)系

圖3 拱橋矢跨比統(tǒng)計(jì)

2.1.3 拱軸線

通過(guò)大量的調(diào)研發(fā)現(xiàn)（圖4），實(shí)際工程中拱橋的拱軸線以拋物線和懸鏈線為主，鋼拱橋用拋物線或拱軸系數(shù)較小的懸鏈線較多[1-10]。從總體來(lái)看，拱軸系數(shù)為1.2～2.8之間的橋例占總數(shù)的75.7%。本橋中，吊桿和立柱作用于拱肋上的力接近于均布荷載，而均布荷載作用下的合理拱軸線為二次拋物線，拱肋自重作用下的拱軸線為懸鏈線。拱肋荷載作用模式如圖5所示。綜合考慮本橋的結(jié)構(gòu)形式與荷載作用模式，本橋采用懸鏈線作為拱軸線[10]，拱軸系數(shù)m=1.2。

圖4 拱軸線形統(tǒng)計(jì)

圖5 拱肋荷載作用模式

2.1.4 拱肋橫向布置

本橋的設(shè)計(jì)考慮了當(dāng)?shù)氐膶?shí)際交通流量、投資規(guī)模以及地形地勢(shì)等因素，本橋拱頂及拱腳兩肋中心距分別為7.0m和18.5m，拱頂和拱腳拱肋的寬跨比分別為1/56和1/21，設(shè)計(jì)的寬跨比小于1/20。因此，為了提高拱肋面外穩(wěn)定性，將拱肋向內(nèi)傾斜形成提籃拱。綜合考慮結(jié)構(gòu)的施工和成橋的橫向穩(wěn)定性，本橋橫向布置兩片拱肋，內(nèi)傾角度為3.5o，略小于規(guī)范建議值。通過(guò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計(jì)算，彈性穩(wěn)定安全系數(shù)大于規(guī)范規(guī)定的4.0，穩(wěn)定性滿足要求。

2.2 拱肋結(jié)構(gòu)選型

2.2.1 截面選型

鋼拱肋截面分為實(shí)腹式和桁式截面。實(shí)腹式主要有圓管截面和箱形截面。圓管截面繞各主軸慣性矩均相同，通常適用于跨徑較小的鋼拱橋。箱形截面可根據(jù)受力需要調(diào)整主軸方向的慣性矩，跨徑適用范圍較廣。桁式截面能夠獲得較大的抗彎剛度，且桿件以受軸向力為主，材料能夠得到充分利用，但桿件數(shù)量多、焊接與拼接工作量大，多用于大跨徑鋼拱橋?？紤]到本橋橋位現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹小，運(yùn)輸條件和吊裝條件差，因此，主拱選擇桁式結(jié)構(gòu)，可以采用桿件散拼的方式進(jìn)行運(yùn)輸和吊裝，保證施工能夠順利進(jìn)行。

2.2.2 主桁選型

常用的桁架形式有三角形腹桿桁架、N形腹桿桁架和K形腹桿桁架，如圖6所示?？紤]到本橋的跨度和工程中相近跨徑的拱橋案例情況，本橋選擇常用的N形腹桿桁架。

圖6 三種拱肋桁架布置形式

2.2.3 桁高

桁高是垂直于拱肋軸線的截面高度，主要由拱橋跨度、凈空等因素決定，對(duì)拱肋內(nèi)力、材料用量等有較大的影響。橋拱肋為變高度桁式結(jié)構(gòu)，通過(guò)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算與結(jié)構(gòu)優(yōu)化，最終確定拱頂、拱腳處拱肋高度分別為7.8m和9.8m，拱頂和拱腳拱肋高跨比分別為1/50和1/40。

2.2.4 節(jié)間距

節(jié)間長(zhǎng)度根據(jù)桁高和吊桿間距等因素來(lái)確定。對(duì)于采用桿件散拼施工的鋼桁拱橋，還應(yīng)考慮桿件的運(yùn)輸長(zhǎng)度。為確定最佳節(jié)間長(zhǎng)度，本文統(tǒng)計(jì)了34座國(guó)內(nèi)外已建成的大跨度鋼桁拱橋的節(jié)間長(zhǎng)度（這里指的是水平投影長(zhǎng)度），統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖7所示?？梢钥闯?，節(jié)間長(zhǎng)度介于3m～14m之間，且隨著跨度增大，節(jié)間長(zhǎng)度不斷增大。本橋跨徑為390m，節(jié)間距與跨徑的比值介于0.15～0.25之間，則節(jié)間距范圍約為6m～10m。再考慮到拱肋桁高、橋道結(jié)構(gòu)跨徑等因素，最終確定本橋主桁的節(jié)間長(zhǎng)度取6m，腹桿與弦桿夾角介于40o～50o之間。

圖7 34座鋼桁拱橋節(jié)間長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.2.5 桿件截面與節(jié)點(diǎn)選型

桁架桿架主要有H 形截面和箱型截面桿件。綜合考慮本橋的特點(diǎn)，桁式拱肋上、下弦桿均采用帶肋箱形截面，截面內(nèi)寬1.2m，內(nèi)高1.3m。主桁腹桿采用帶肋箱形和“王”字形截面，除拱腳斜腹桿及肋間連接橫梁處主桁腹桿設(shè)計(jì)為箱形截面外，其余腹桿均采用“王”字型截面。采用整體節(jié)點(diǎn)，在工廠內(nèi)把桿件和節(jié)點(diǎn)板焊為一體，運(yùn)到工地架設(shè)時(shí)在節(jié)點(diǎn)之外用高強(qiáng)度螺栓連接。根據(jù)結(jié)構(gòu)受力需要，拱肋不同部位的上、下弦桿截面采用24mm、28mm、32mm 和36mm 四種板厚。拱肋典型節(jié)段及桿件截面如圖8所示。

圖8 典型拱肋節(jié)段及桿件截面示意圖（mm）

2.3 聯(lián)結(jié)系選型

聯(lián)結(jié)系的布置應(yīng)滿足拱肋側(cè)向剛度、面外穩(wěn)定、橋面凈空等要求。鋼桁拱橋常見(jiàn)的縱聯(lián)形式主要有交叉形、菱形和K形等，橫聯(lián)形式主要有三角形和交叉形等。文獻(xiàn)[1]給出的國(guó)內(nèi)24座鋼拱橋的聯(lián)結(jié)系結(jié)構(gòu)形式，其中鋼桁拱橋的縱聯(lián)大多為菱形和K形，橫聯(lián)均采用桁式結(jié)構(gòu)，大多為三角形桁式。本橋拱肋的上、下平縱聯(lián)均為K形結(jié)構(gòu)，橫向聯(lián)結(jié)系為交叉形結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1 橫斷面圖）。拱肋上弦桿平面共設(shè)置29道上平縱聯(lián)，如圖9所示；下弦桿平面共設(shè)置29道下平縱聯(lián)；橋面以上兩拱肋間設(shè)置了13道交叉形橫向聯(lián)結(jié)系，間距為24m和18m。

圖9 上平縱聯(lián)平面布置（cm）

2.4 橋道結(jié)構(gòu)選型

早期設(shè)計(jì)的拱橋橋道系整體性較差，發(fā)生了較多的由吊索斷裂而導(dǎo)致的橋道系垮塌事故。因此，需要從提高橋道系冗余度的角度進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如橋道梁設(shè)計(jì)為連續(xù)結(jié)構(gòu)或整體性結(jié)構(gòu)，連續(xù)結(jié)構(gòu)體系的主縱梁應(yīng)滿足兩倍吊索跨度的承載能力要求，并應(yīng)具有一根橫梁兩端相對(duì)應(yīng)的吊索失效后不落梁的能力等。本橋吸取以往的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，將吊桿橫梁通過(guò)加勁縱梁連接成整體，橋道梁支撐于吊桿橫梁之上。橋面系縱、橫梁均采用焊接工字型截面?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹小、運(yùn)輸條件差，橋道梁采用鋼-混組合梁，橋面板采用分塊預(yù)制，鋼梁和鋼筋混凝土橋面板通過(guò)布置在濕接頭處的栓釘剪力鍵形成組合梁。跨徑12m，采用35 跨連續(xù)結(jié)構(gòu)，全聯(lián)長(zhǎng)420m。橋面系布置如圖10所示。

圖10 橋面系布置（mm）

2.5 吊桿選型

吊桿布置為平行吊桿，具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、整齊美觀、計(jì)算簡(jiǎn)單、施工方便等優(yōu)點(diǎn)。吊桿標(biāo)準(zhǔn)間距為12m，全橋共52 根吊桿。吊桿采用柔性吊索，吊桿規(guī)格為PES7-85，材質(zhì)為鍍鋅平行鋼絲，鋼絲直徑7mm，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1670MPa。吊桿最小安全系數(shù)為2.67，大于規(guī)范規(guī)定的2.5。吊桿構(gòu)造如圖11所示。

圖11 吊桿構(gòu)造

2.6 防撞設(shè)計(jì)

主橋拱腳拱肋部分位置位于通航范圍內(nèi)，存在被船舶撞擊的風(fēng)險(xiǎn)。因此，把拱腳鋼拱肋設(shè)計(jì)成PBL加勁型矩形鋼管混凝土，并外包砼，以抵抗船舶撞擊。拱腳鋼拱肋采用PBL 加勁型矩形鋼管混凝土，具有結(jié)構(gòu)自重輕、施工便捷、力學(xué)性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，而且節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造簡(jiǎn)潔，制作安裝更為便捷，鋼管局部屈曲性能、鋼管混凝土組合作用、鋼-混界面力學(xué)性能和節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能更可靠[12，13]。PBL加勁型矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)如圖12所示。此外，還在拱腳鋼拱肋外包鋼筋砼，并設(shè)置勁性-PPZC復(fù)合材料固定式柔性防撞措施耗能，可以有效地避免主體結(jié)構(gòu)損傷。在主拱圈周?chē)捎萌舾蓚€(gè)固定式勁性復(fù)合材料防撞設(shè)施對(duì)鋼桁架進(jìn)行保護(hù)，該勁性復(fù)合材料防撞設(shè)施內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由多個(gè)高分子復(fù)合材料結(jié)構(gòu)組成的艙室以及艙室內(nèi)部填充的緩沖吸能材料構(gòu)成。

圖12 PBL加勁型鋼管混凝土結(jié)構(gòu)

3 施工方案研究

3.1 施工方法選擇

鋼桁拱橋的工地架設(shè)安裝施工方法主要分為支架架設(shè)法、纜索支承架設(shè)法、懸臂拼裝法、頂推施工法和大型構(gòu)件整體安裝法。本橋綜合考慮橋位施工場(chǎng)地條件、運(yùn)輸條件等，選擇采用纜索吊裝+斜拉懸臂施工的方案。

3.2 施工方案

3.2.1 節(jié)段與單元?jiǎng)澐?/p>

拱橋的加工制造與施工采用的是“化整為零，集零為整”方法，即將拱橋劃分為方便制造與運(yùn)輸?shù)淖钚卧?，將單元進(jìn)行組拼，形成基本的安裝單元，再將這些安裝單元通過(guò)一定的施工方法進(jìn)行組裝，最終形成完整的拱橋結(jié)構(gòu)。本橋的基本裝配單元可劃分為拱肋單元、橫撐單元、立柱單元、吊桿單元、橫梁?jiǎn)卧?、縱梁?jiǎn)卧?、橋面板單元及其他附屬結(jié)構(gòu)單元，拱肋單元可進(jìn)一步劃分為弦管和腹桿單元，而弦管單元可劃分為更小的管節(jié)單元。在加工廠制作完成管節(jié)單元，將其組拼成為弦桿單元，繼續(xù)拼裝成為拱肋單元。其他基本單元制作方法類(lèi)似。最后，通過(guò)一定的施工方法將拼裝成的基本單元拼裝成為拱橋結(jié)構(gòu)。犀牛大橋單元?jiǎng)澐秩鐖D13所示。

圖13 拱橋單元?jiǎng)澐?/p>

3.2.2 纜索吊裝+斜拉扣掛施工方案

根據(jù)本項(xiàng)目的地質(zhì)、地形、橋型等特點(diǎn)，纜索吊裝系統(tǒng)采用纜扣合一結(jié)構(gòu)。纜索吊裝+斜拉扣掛系統(tǒng)如圖14所示。本橋拱肋、拱上立柱、蓋梁、橋面等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用2套100t纜索吊共同起吊安裝，構(gòu)件最大重量152.4t，纜索吊的工作范圍約為500m?？紤]到本橋?yàn)樘峄@拱橋，拱肋間距從拱頂向拱腳不斷增大，為此，纜索系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了可橫向移動(dòng)的索鞍，移動(dòng)范圍±（2m～7.5m），成功解決了該難題。拱上立柱采用單套纜索獨(dú)立吊裝，拱肋、蓋梁、橋面梁體采用兩套纜索合并吊裝。橋面系吊桿橫梁、縱梁均放置在江中船上，船調(diào)整位置后，再利用纜索吊掛鉤起吊安裝。為縮短節(jié)段施工時(shí)間，采用整體節(jié)段吊裝。

圖14 纜索吊裝+斜拉扣掛系統(tǒng)

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

4.1 荷載取值分析

結(jié)構(gòu)自重按實(shí)際斷面尺寸計(jì)算，主桁弦桿、橫梁、橋面系鋼縱梁換算容重均按100kN/m3取值（含加勁肋、橫隔板、焊縫重量等），其他鋼結(jié)構(gòu)換算容重均按78.5kN/m3取值。瀝青混凝土鋪裝按24kN/m3取值，橋面板混凝土按26kN/m3取值，橋面系自重以外部荷載形式等效施加在橫梁上，二期恒載按照實(shí)際荷載計(jì)算。合龍溫度定為15℃，體系升、降溫按體系升溫25℃、體系降溫25℃，索梁溫差取±10℃。橋面高度處設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速為28m/s，與汽車(chē)組合的風(fēng)速按橋面高度處25m/s計(jì)算，超過(guò)25m/s不與汽車(chē)荷載組合。工程場(chǎng)地橋位處風(fēng)剖面冪指數(shù)α=0.12，陣風(fēng)系數(shù)Gv=1.22。不均勻沉降按1cm計(jì)算。汽車(chē)荷載按公路-Ⅰ級(jí)荷載計(jì)算，考慮多車(chē)道折減系數(shù)，兩車(chē)道按影響線加載。人群荷載按2.5kN/m2計(jì)算。制動(dòng)力按單車(chē)道同方向計(jì)算，每一個(gè)車(chē)道的制動(dòng)力為車(chē)道荷載標(biāo)準(zhǔn)值在加載長(zhǎng)度上計(jì)算總重力的10%。

4.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

結(jié)構(gòu)計(jì)算采用大型有限元通用軟件Midas Civil，桿系模型如圖15 所示。全橋除吊桿、扣索采用桁架單元外，其余均采用梁?jiǎn)卧＃瑯蛎嫦挡捎昧焊衲M，全橋施工模型共建立節(jié)點(diǎn)1647個(gè)，單元2629個(gè)。邊界條件中，拱腳固結(jié)，橋面系與橫梁之間用彈性連接模擬板式橡膠支座，豎向支承剛度無(wú)窮大，縱、橫向抗剪剛度按實(shí)際支座型號(hào)計(jì)算，除端部滑板式橡膠支座縱向抗剪剛度取0外，其余支座縱、橫向抗剪剛度均取1775kN/m。拱腳內(nèi)填混凝土采用施工聯(lián)合截面模擬，外包混凝土采用梁?jiǎn)卧M，節(jié)點(diǎn)通過(guò)剛性連接與拱肋上、下弦桿節(jié)點(diǎn)連接，模擬拱肋與外包混凝土共同承壓作用。

圖15 有限元模型

4.3 成橋分析

4.3.1 剛度計(jì)算

汽車(chē)荷載作用下，拱肋最大向上豎向撓度為66.1mm，最大向下豎向撓度為-91.7mm，撓度絕對(duì)值之和為157.8mm，小于L/1000=390mm。橋面系橋道結(jié)構(gòu)的最大向上豎向撓度為66.4mm，最大向下豎向撓度為-133.4mm，撓度絕對(duì)值之和為199.8mm，小于L/800=487.5mm。拱肋合橋道結(jié)構(gòu)的剛度滿足規(guī)范要求。

4.3.2 強(qiáng)度計(jì)算

在最不利基本組合下，拱橋各構(gòu)件應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1，表中壓應(yīng)力為負(fù)值，拉應(yīng)力為正值?？梢?jiàn)，各構(gòu)件的強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求。

表1 強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果

4.3.3 吊桿力計(jì)算

吊桿最大內(nèi)力為1487kN，最小安全系數(shù)為2.65，大于2.5，吊桿安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。吊桿最大應(yīng)力幅為165.4MPa，小于200MPa，吊桿應(yīng)力幅滿足規(guī)范要求。

4.3.4 穩(wěn)定性計(jì)算

從施工及運(yùn)營(yíng)階段最不利狀況分析得知，施工階段主拱圈的最小穩(wěn)定系數(shù)為16.4，在運(yùn)營(yíng)階段最小穩(wěn)定系數(shù)為6.31，均大于4。施工及運(yùn)營(yíng)一階失穩(wěn)模態(tài)均為主拱橫向失穩(wěn)，計(jì)算結(jié)果表明結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

4.3.5 動(dòng)力特性計(jì)算

采用多重Ritz向量法進(jìn)行特征值分析，取前200階的振型，三個(gè)平動(dòng)計(jì)算方向的振型參與質(zhì)量系數(shù)均達(dá)到了90%以上，滿足反應(yīng)譜計(jì)算要求。由特征值分析可知，結(jié)構(gòu)的振型以橋墩順橋向彎曲為主，結(jié)構(gòu)一階周期為8.056s。

4.3.6 抗震計(jì)算

E2地震作用效應(yīng)+永久作用效應(yīng)最不利作用下，樁基處于彈性受力階段，順橋向最小安全系數(shù)為1.1，橫橋向最小安全系數(shù)為1.9，E2水準(zhǔn)下樁基驗(yàn)算滿足能力保護(hù)設(shè)計(jì)原則。

4.4 施工過(guò)程分析

4.4.1 拱肋應(yīng)力分析

拱肋應(yīng)力是施工過(guò)程中最重要的控制量值之一。施工階段從拱肋吊裝開(kāi)始至考慮混凝土的十年收縮徐變結(jié)束。期間，拱肋最大壓應(yīng)力先不斷增大，在合龍前又出現(xiàn)了短暫的減小過(guò)程，之后應(yīng)力不斷增大，直至考慮混凝土十年收縮徐變階段，短暫狀況下的最大應(yīng)力為193.2MPa，滿足規(guī)范要求。拱肋應(yīng)力變化如圖16所示。

圖16 拱肋累計(jì)應(yīng)力分析

4.4.2 扣索索力分析

扣索索力是拱肋吊裝過(guò)程中最重要的控制指標(biāo)之一，施工時(shí)要保證任何階段扣索安全系數(shù)大于2.0。從計(jì)算結(jié)果看，靠近拱頂?shù)目鬯饔捎趦A角小，扣索能提供的豎向力較小，因此扣索索力較大，靠近拱腳和1/4拱跨處的扣索索力較小。圖17中給出了各扣索的初始索力和拱肋合龍后的索力，可以看出，隨著拱肋吊裝階段的推進(jìn)，扣索索力均不斷減小，原因是后張拉的對(duì)先張拉索有卸載作用，因此，只要能保證初始索力的安全系數(shù)大于2.0，則后續(xù)各扣索的索力安全系數(shù)必定高于2.0。

圖17 扣索索力變化分析

4.4.3 拱肋位移分析

選取拱頂作為拱肋位移的代表值，拱肋合龍后的豎向位移變化如圖18所示?？梢钥闯?，初期幾個(gè)施工階段拱肋先下?lián)?，后面有較長(zhǎng)一段工序拱肋上撓，原因是橋道系安裝是從拱腳向跨中進(jìn)行，即豎向荷載從拱腳向跨中逐漸加載，拱頂表現(xiàn)為上撓。吊桿、吊桿橫梁和縱梁施工完成后，再繼續(xù)加載則可視為均布荷載加載拱肋上，拱肋表現(xiàn)為整體下?lián)希绊斚聯(lián)献畲?，至考慮混凝土十年收縮徐變階段，拱頂豎向位移最大，為155mm，該值可以作為拱肋預(yù)拱度設(shè)置的依據(jù)。

圖18 拱頂豎向位移分析

4.4.4 吊桿應(yīng)力分析

全橋共26對(duì)吊桿，半跨13對(duì)吊桿。選取典型的1#、7#和13#三對(duì)吊桿，分析施工階段吊桿索力變化，如圖19所示?？梢钥闯?，在初始的幾個(gè)階段，即吊桿橫梁和加勁縱梁施工的過(guò)程中，吊桿應(yīng)力變化較小，直到橋道系梁、二期恒載等作用于吊桿橫梁上后，吊桿應(yīng)力增長(zhǎng)較快。到考慮混凝土十年收縮徐變階段，所有吊桿中最大應(yīng)力約為300MPa，吊桿最小安全系數(shù)為5.6，大于規(guī)范要求值。

圖19 吊桿應(yīng)力分析

5 結(jié)語(yǔ)

犀牛大橋結(jié)合橋位處地形地質(zhì)條件采用一跨390m中承式鋼桁提籃拱橋，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，造型美觀。該橋有以下技術(shù)特點(diǎn)：

①為大跨度窄拱橋，拱橋?qū)捒绫冗h(yuǎn)小于規(guī)范限值，通過(guò)拱肋內(nèi)傾和設(shè)置密布的縱向和橫向聯(lián)結(jié)系來(lái)保證結(jié)構(gòu)施工和運(yùn)營(yíng)橫向穩(wěn)定性。最小穩(wěn)定系數(shù)為6.31，大于4，滿足規(guī)范要求。

②拱腳桁肋弦桿應(yīng)用了PBL 加勁型矩形鋼管混凝土新型結(jié)構(gòu)和拱肋外包混凝土的方案，既改善了拱腳受力，又起到了防撞的作用，為內(nèi)河通航拱橋的防撞設(shè)計(jì)提供了借鑒。

③拱橋施工采用“化整為零”的加工制造和“集零為整”的拱肋節(jié)段整體纜索吊裝的施工方案，成功解決了在施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹小、運(yùn)輸條件差等限制條件下山區(qū)大跨度拱橋難以施工的問(wèn)題，為同類(lèi)型山區(qū)拱橋的建設(shè)提供了借鑒。