摘 要：结合磨乡大桥的工程特点，介绍特殊地形条件下，用于大跨径钢筋混凝土箱拱拱肋现浇施工的复合式系统支架关键技术。用2种计算方法对该技术方案进行计算，并对结果进行分析、对比，以论证其合理性与可靠性。
　　关键词：钢筋混凝土箱拱；拱肋；复合式系统支架；关键技术
　　大跨径钢筋混凝土箱形拱桥跨越能力很强，具有结构优美、造价低等优点，越来越受到桥梁工程界的亲睐。随着工程技术的发展，钢筋混凝土箱形拱桥拱肋现浇施工技术也不断提高，除了满堂支架现浇法、刚拱架支架法和挂篮悬浇法 [1-5]之外，还有临时墩梁和满堂支架相结合的复合式系统支架方法。本文结合磨乡大桥的设计特点，介绍临时墩梁和满堂支架相结合的复合式系统支架方法。
　　1 工程概况
　　磨乡大桥为杭瑞高速公路（贵州境）遵义至毕节段的一座主要桥梁，跨越v型河谷，河谷水面距离拱圈底面为56.8m。该桥桥型布置为2×30m预应力混凝土简支t型梁+1×100m钢筋混凝土箱形拱+2×30m预应力混凝土简支t型梁。主孔为净跨100m的箱拱，净矢跨比为1/6，拱轴系数为1.756。拱箱采用c40钢筋混凝土结构，其截面高1.9m，宽10.5m，单箱3室截面。主拱圈轴线弧长为108.457m。拱箱采用c40钢筋混凝土现浇施工，全桥分左、右幅单独设计，单幅拱圈混凝土方量为881.24 m3。磨乡大桥总体布置如图1所示。
　　注：l0为计算矢高，f0为计算跨径，f0/ l0为矢跨比。
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　　图1 磨乡大桥总体布置示意
　　2 拱肋支架方案设计
　　依据现场地形地貌，在河中设2排临时墩，采用桩接柱形式。桩基直径1.7m，入岩5m，采用c25钢筋混凝土结构。墩柱直径1.5m，高33m，采用c30混凝土。设地系梁1道，中间每隔10m设1道横系梁。盖梁尺寸为1.6m×1.9m×12.3m，盖梁上设2组3排单层加强型贝雷梁和12组双排单层加强型贝雷梁。贝雷平台上为碗扣式脚手架搭设的满堂支架，形成一套临时墩梁和满堂支架相结合的复合式系统支架。拱肋支架分左、右幅单独设计，全桥整个支架系统的构成分别如图2、图3所示。
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　　图2 临时墩平面布置示意
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　　图3 左幅支架立面布置
　　3 支架主要设计荷载
　　3.1 恒载
　　拱圈混凝土总方量为881.24m3，钢筋混凝土容重取26kn/m3，结构自重为22911.2kn。拱圈总高度为190cm，分3次浇筑，3次浇筑高度分别为55、70、65cm。具体浇筑顺序示意如图4所示。另外单幅拱上排架基座混凝土方量为114.44/2=57.22m3，所以拱圈结构自重为（881.24+57.22）×26=24399.96kn。
　　单位：cm
　　图4 拱圈混凝土径向分环浇筑断面示意
　　此外，分配横梁、模板、脚手架自重共计1562kn。
　　3.2 活载
　　施工人员及机具荷载取1.0kpa，振捣混凝土产生的荷载取2.0kpa。
　　3.3 荷载组合
　　荷载组合为：1.2恒载+1.4活载。
　　4 支架承载能力计算分析
　　4.1 分析重点
　　从支架设计方案可知，在整个支架系统中，贝雷梁是关键，起“承上启下”的作用。由于满堂支架和混凝土墩柱在支架系统中都是轴向受压结构，所以受弯构件贝雷梁的挠度大小和构件应力安全直接关系到整个支架系统的支撑刚度和结构安全，是支架施工中的核心环节。因此，贝雷梁支架分析是整个支架系统计算分析的重点。
　　计算分析时，考虑最不利荷载情况为：恒载包括整个单幅拱圈和排架基座混凝土重量。而实际上拱圈是分3层浇筑，当浇注第2层或第3层时，第1层混凝土已经凝结，并能形成一定的承载能力。因此，取最不利荷载情况进行计算是偏于保守的。
　　4.2 分析方法
　　考虑到贝雷梁是由钢杆件拼装而成，构件之间并非完全刚接或者铰接，有限元软件难以完全模拟。参考其他有关文献[6-8]，采用2种计算方法进行模拟计算，即把贝雷梁等效成实腹梁进行常规的连续梁结构计算；根据贝雷梁实际尺寸用有限元软件建模方法进行计算。对以上2种计算方法的结果进行对比分析，判断计算精度，从而论证该支架方案是否合理、可靠。
　　4.3 等效实腹梁计算模型
　　一般桁架的结构计算，可按常规的结构力学方法进行。而贝雷梁桁架由于各单元结构形式完全相同，杆件的类型只有三种型式两种断面，其计算公式可像处理等截面实腹梁一样得到简化，由mohr公式：
　　式中，n为各杆件的轴力，l为各杆件长

度，e为弹性模量，a为杆件截面积，f为挠度。
　　由于贝雷桁架各杆件的内力均可计算截面处的弯矩和剪力来表示，利用各杆件间几何尺寸的相互关系和截面特点，进而可以使桁架挠度计算的公式向等截面实腹梁的形式转化。
　　设 ， ，则贝雷桁架相当于高为h，宽为 的等截面实腹梁。
　　将1片加强型贝雷梁简化成一个高1500mm、宽20mm的矩形等截面实腹梁连续梁模型。模型共计27个单元，其中25个单元长度为3m，2个单元长度为1.5m。计算荷载考虑拱圈全部混凝土荷载以及排架基座混凝土荷载，还有脚手架荷载和动荷载。根据前述支架主要设计荷载说明，计算荷载总和为：
　　1.2×938.46×26/100+1.2×1562/100+1.4×10.5×（1+2）=355.6kn/m，
　　计算模型如图5所示。
　　图5 计算模型
　　4.4 实际贝雷梁有限元计算模型
　　4.4.1 模型建立
　　根据贝雷梁实际尺寸，采用通用有限元计算程序midas civil 7.4.1进行建模，计算模型共532个梁单元，263个节点。共分成2种单元截面，上下加强弦杆采用面积为2×25.48=50.96cm2，抗弯惯性矩为2×396.6=793.2cm4的单元截面型式；斜杆和竖杆采用面积为9.53cm2，抗弯惯性矩为99.00cm4的单元截面型式。单元结点全部采用刚性连接。 　4.4.2 边界条件
　　在模型的一端设置水平约束和竖向约束（2个节点，宽0.75m），另一端仅设置竖向约束（2个节点，宽0.75m）；中间则根据实际情况设置2个竖向约束（3个节点，宽1.5m）。
　　4.4.3 荷载
　　由于只建立了1排贝雷梁模型，所以把荷载等分成30份进行均布加载，即集度为355.6/30=11.853kn/m。
　　4.5 2种方法计算结果对比分析
　　将上述2种方法计算结果进行对比，见表1。
　　由表1对以看出，2种方法的弹性挠度计算结果基本一致，约为40mm，且都满足《装配式公路钢桥使用手册》和《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》（jgj 166-2008）要求。对于最大正应力，有限元模型计算结果要大于实腹梁模型计算结果，这是因为实腹梁为等效模型，其单元截面与贝雷梁实际截面相差很大，故有限元模型应力计算结果精确度更高。
　　5 复合式系统支架方法可靠性评价
　　由复合式系统支架方法分析计算结果可知，该支架关键构件贝雷梁的最大挠度为 45mm　　6 结语
　　本文对复合式系统支架方法的关键问题进行了详细分析，结果表明该支架能满足相关技术规范要求，其已在磨乡大桥施工中得到了应用。
　　需指出的是，复合式支架系统是一个复杂的受力系统，贝雷梁作为其上满堂支架的基础，其变形（挠度）性能尤其重要。由于贝雷桁架间的连接采用销接，销与孔之间存在设计间隙，桁架受载后两者间的相对位移会引起结构产生非弹性挠度，即错孔挠度，国产贝雷梁为0.5mm，英式贝雷梁为0.8mm，且这种非弹性挠度需通过预压手段来消除。同时，满堂支架的搭设必须严格按照相关技术规范要求执行，必须进行严格检查和复核，从而最大限度地保证复合式系统支架安全、可靠。
　　参考文献
　　[1] 张河锦，赖永斌，汪海峰.大跨径钢筋混凝土箱拱主拱圈有支架现浇施工方法介绍及分析[j].华东公路，2008（5）：11-15.
　　[2] 张玉娥，王新华，朱英磊.大跨拱桥施工支架设计及施工控制[j].石家庄铁道学院学报， 2006（2）：36-38.
　　[3] 张建达.120m跨现浇钢筋混凝土箱形拱桥主拱圈施工技术[j].大连交通大学学报，2008（6）：106-19.
　　[4] 郑楚文，王小伟.谈钢筋砼拱桥满堂支架法施工技术[j].科技创新导报，2009（3）：60.
　　[5] 孙岳军，张河锦，郑 斐.大跨径拱桥施工支架设计及计算分析[j].城市道桥与防洪，2007（12）：28-31.
　　作者简介：何飞兰（1978-），女，浙江省东阳市人，本科，工程师.