大跨径拱桥施工贝雷梁拱架的设计与分析

摘要：为解决山区、库区大跨径拱桥施工支架难搭设的问题，介绍了一种不受洪水与地形的影响、纵向为拱形桁架、以稳定性好的贝雷梁拱架为支架的拱肋分段分环施工技术，并采用有限元仿真技术和经典力学，分析贝雷梁钢拱架在施工过程各工况下的力学性能。结果表明，在拱肋浇筑的各个节段，贝雷梁拱架的应力、变形和稳定性均满足相关施工规范要求。

关键词：大跨径拱桥；贝雷梁拱架；有限元仿真；拱肋

0 引言

1 工程概况

凌云县坡贴水库大桥横跨广西百色凌云县坡贴水库，为主跨90 m上承式钢筋混凝土箱形肋拱桥，桥位两岸呈V型沟谷地形。

大桥采用1.6 mx1.5 m等截面抛物线箱形拱肋，两拱肋间设置8道0.8 m×1.5 m的空心矩形横系梁，拱肋为C50钢筋混凝土，横系梁为C30钢筋混凝土；拱上立柱为1.0 m×1.0 m和1.2 m×1.2 m的等截面方柱，立柱底座为1.2 m×1.2 m的等截面方柱，立柱及底座均采用C30钢筋混凝土；盖梁采用5.5 m×1.2 m×1 m的C30钢筋混凝土；拱上桥面板为10 m长C30钢筋混凝土空心板．桥面无人行道，两侧设25 cm宽的栏杆。桥台均为重力式U形桥台，扩大基础。0#、9#主拱座为C30钢筋混凝土结构，主拱座上设置重力式U形桥台，基础和台身选用C15片石混凝土，台帽为C30钢筋混凝土。

本桥施工采用贝雷梁拱架支架现浇法，两岸贝雷梁拼装拱架，竖向转体合龙就位，并附设施工便道，经预压拱架调整标高后，立拱肋模板，分段分环浇注拱肋混凝土，待混凝土强度达到100％后拆除拱肋侧模，再对称浇注立柱混凝土，然后拆除贝雷梁拱架上的两侧护网、底模下的方木和联系槽钢，最后采用落拱装置脱空底模．并利用混凝士拱肋拆除拱架。

2贝雷梁拱架设计

2．1 贝雷梁拱架结构

凌云县坡贴水库大桥拱肋现浇贝雷梁拱架，纵桥向由28片贝雷梁、2片拱脚异形构件和1 3片T型连接件拼装而成，其中拱脚异形构件用于拱架竖向转体，T型连接件用于克服拱架上、下弦长度差从而拟合拱架曲线；横桥向由10榀加强型贝雷梁拼装而成。各贝雷梁之间采用45cm花架横向连接；拱架上弦由骑马螺栓固定20a工字钢分配梁．分配梁上设置10 cm×10 cm拱形木方，由楔形块调整其标高。贝雷梁拱架立面如图1所示，横断面如图2所示。

2．2基本设计参数

拱肋混凝土施工考虑1．05的超载系数，混凝土容重26 kN·m^-3；模板重量取2．0 kN·m^-2；其他施工荷载取2．5 kN·m^-2；倾倒混凝土及振捣混凝土荷载取4．0 kN·m^-2；混凝土浇注时动力系数取1．2；支架自重由Midas Civil程序自动计入；基本设计风速为20.4m.s- 1。

3有限元仿真

3．1 仿真模型

在大型有限元软件MIDAS中，贝雷片梁拱架上下弦杆、腹杆、横向联系及分配梁采用空间梁单元建立贝雷梁拱架实体模型[5.6]。贝雷梁拱架自重由Midas Civil程序自动计人，混凝土浇注荷载、施工荷载、振捣荷载、风荷载作为外荷载施加在模型上。通过MIDAS建立的贝雷梁拱架实体模型如图3所示。

3．2荷载工况

(1)工况1(浇注第一段拱肋混凝土)。荷载组合为：1．1倍贝雷梁拱架自重，1．26倍第一段拱肋混凝土自重，1．0倍第一段拱肋范围内模板荷载，1．0倍第一段拱肋范围内施工人、机、料自重和1．0倍第一段拱肋范围内振捣荷载。

(2)工况2(浇注第二段拱肋混凝土)。荷载组合为：1．1倍贝雷梁拱架自重，1．05倍第一段拱肋混凝土自重，1．26倍第二段拱肋混凝土自重，1．0倍第一、二段拱肋范围内模板荷载、1．0倍第二段拱肋范围内施工人、机、料自重和1.0倍第二段拱肋范围内振捣荷载。

(3)工况3(浇注第三段拱肋混凝土)。荷载组合为：1．1倍贝雷梁拱架自重，1．05倍第一段拱肋混凝土自重，1．05倍第二段拱肋混凝土自重，1．26倍第三段拱肋混凝土白重，1．0倍第一、二、三段拱肋范围内模板荷载，1．弓倍第三段拱肋范围内施工人、机、料自重和1．0倍第三段拱肋范围内振捣荷载。

(4)工况4(浇注第四段拱肋混凝土)。荷载组合为：1．1倍贝雷梁拱架自重，1．05倍第一段拱肋混凝土自重，1．05倍第二段拱肋混凝土自重，1．05倍第三段拱肋混凝土自重，1．26倍第四段拱肋混凝土自重，1．0倍第一、二、三、四段拱肋范围内模板荷载，1．0倍第四段拱肋范围内施工人、机、料自重和1．0倍第四段拱肋范围内振捣荷载。

3．3静力结果

(1)工况1贝雷梁拱架各杆件应力、位移计算结

果见表1。

3．4动力结果分析

从表5可知：贝雷梁拱架支架的各阶振动频率较高，反映出结构整体刚度较大；贝雷梁支架各阶频率分布比较集中，反映出该结构动力特性的复杂性[16-20]。

综上，贝雷梁拱架各杆件组合应力均小于相关施工规范规定的容许应力值；最大位移为0．079 8m(位于拱架分配梁)，能够满足施工过程中对变形控制的要求；贝雷梁拱架各阶频率较高且集中，能够满足施工过程中的稳定性要求。因此，凌云县坡贴水库大桥贝雷梁拱架的设计是合理、可行和可靠的，能够满足施工过程中对支架构件应力、变形和稳定性的要求。

4局部结构验算

4．1销轴抗剪强度验算

4．1．1 贝雷销轴

贝雷梁连接销轴由30CrMnTi钢制作，该型号钢材容许弯曲应力[a]=1 105 MPa，容许剪刀应力[r]一585 MPa。由《装配式公路钢桥使用手册》可知，贝雷梁销轴的直径D1=4．95 cm。

(1)容许抗弯能力计算。贝雷销轴计算简图如图4所示。

5 结语

贝雷梁拱架在大跨径拱桥现浇施工方面有以下优点：施工进度快，质量好，成本低；拱架跨中无竖向支撑，桥高、水深、桥下需要通航或通车时尤为适用；拱架纵向为拱形空间桁架体系，横向用特制横联装置连接，且下平面设置有连接系，整个结构连接牢固，整体性好，使用安全可靠；经济效益显著，用钢量、用木量少，且可多次重复使用，材料周转快；施工进度快，安装、拆卸方便，不受洪水影响，可全年施工，建桥周期短；构件种类少、轻便，具备可换性，损耗率低。

综上所述，凌云县坡贴水库大桥成功采用贝雷梁拱架作为拱肋支架的施工工艺，可为今后类似拱桥施工提供一种新的思路。