石拱連續(xù)剛構橋主橋總體設計

石拱連續(xù)剛構橋主橋總體設計

1主拱架、主橋臺支撐設計焦焦公路上的丹河大橋橋的交叉口結構為2.30m。146米。5.30米，寬24.2m，高81.0m，全長213.17米。這是目前世界上最長的石拱橋。該橋主橋凈跨146m,凈矢高f0=32.44m,矢跨比f0/L0=1/4.5;主拱圈采用全空腹式變截面懸鏈線無鉸板拱,拱軸系數(shù)m=2.30,變后系數(shù)n=0.5225,拱頂厚度Hd=250cm,拱腳厚度Hi=350cm;主橋臺采用石砌重力式臺,明挖擴大基礎,橋臺頂部設單向推力墩,墩寬8.0m。本橋支撐設計的難點:一是主孔跨徑及荷載等級與原有同類橋梁相比都有較大突破,許多指標現(xiàn)行規(guī)范未作規(guī)定。二是高度81m的主拱架施工異常艱難,國內罕見。三是工程規(guī)模宏大,而拱架施工工期僅為6個月,技術攻關時間緊迫。2式結設計2.1橋橋結合支護經(jīng)多方研究論證,本橋決定采用鋼木結合的支撐結構,木結構高度控制在6.0m以內。拱架由鋼支架與木拱盔兩大部分組成,采用萬能桿件、軍用墩和木料拼裝。橋的縱向為9排立柱,斷面2.0m×2.0m,凈間距16.0m;橋的橫向為5排立柱,斷面2.0m×2.0m,凈間距2.6m。共計45個立柱,縱橫向在一定的高度相連?？紤]到丹河季節(jié)性徑流和大氣降水量影響較大,將拱架基礎設計為25#鋼筋砼,底部埋設傳感器,以測其應力值。拱架所需工程材料如下:萬能桿件4409.64t(含螺栓443.04t);軍用墩274.91t(含83式和65式);木料4300m3;木拱盔聯(lián)結構件252.53t。2.2主拱圈體系轉換鋼支架所需萬能桿件和軍用墩,可在市場上成組租用或在工廠批量加工。因其單件重量輕,同號構件可以更換使用,所以拼組時相當方便。用萬能桿件拼組支架,大致分為桁梁和塔架兩類,前者多平放、斜放,后者常豎向直立,它們都是空間結構。為了便于分析,可將其分解為主桁梁、縱向聯(lián)結系、橫向聯(lián)結系3種平面結構。將主拱架順橋方向的結構定為主桁梁,將整個空間結構簡化成10片相同的平面桁架結構,其中每2片按照承受節(jié)點荷載的平面桁架結構。在計算中建立與實際單片較為相符的力學模型,用Super.SAP空間結構分析軟件模擬主拱圈施工中受力體系轉換進行計算,計算過程中將鋼支架視作鉸接。鋼支架的兩邊跨支座有兩個支點,并且1#、9#靠近橋臺,如果全部設計為鉸支座,在砌拱過程中,邊跨產(chǎn)生的變形(豎向位移)會使支架處于懸臂狀態(tài),這時前方支座將產(chǎn)生較大的反力(壓力),后方則產(chǎn)生拉力,為了保證其穩(wěn)定性,后方必須設置錨桿。但考慮錨桿與支座鋼板不好連接,而且在砌拱過程中,隨著變形增加容易拉斷,所以決定在前方采用滑板式橡膠支座來釋放部分壓力,并將后支座放松,使之不產(chǎn)生拉力,從而有效地改善了該處的復雜化受力狀態(tài)。2.3鋼支架木排拱度設計公路橋涵《施工手冊》規(guī)定一般石拱橋拱頂預留拱度的經(jīng)驗值為跨徑的1/400～1/800,再參考三峽工程某拱橋經(jīng)驗(軍用梁鋼支架木排拱盔),本橋拱頂預留拱度采用28cm,約為跨徑的1/520。施工中設置預拱度時,應按在拱頂處為全部變形值,在拱腳處為零值設置。由于拱圈寬度較大,為防止成橋后兩頭高,中間低的現(xiàn)象和消除不良視覺,決定設置橫向預加拱度,在拱頂處為0cm～8cm,即正拱頂為36cm,拱頂上下游為28cm,其余縱、橫向各點按二次拋物線分配,實際設置的拱腹線為一條折線。2.4由鋼支架與木拱強化施工所出的挑戰(zhàn)常用的落拱設備有:木楔、砂筒、螺旋千斤頂、硫磺砂膠砼等幾種,其中,砂筒制作簡單,但落拱不易控制;螺旋千斤頂落拱時易控制,但較笨重,且造價高:硫磺砂膠砼制作復雜,成本大。通過論證比較,決定選用木楔來做為落拱設備,其優(yōu)點是經(jīng)濟、簡單、可再利用,落梁時易控制。每個支架頂節(jié)點各設兩個木楔,由鋼支架受力計算中可知,除邊節(jié)點外,每節(jié)點受力均為30t,每個木楔受力為15t。據(jù)此決定采用硬雜木制作,通過壓力機試驗,確定其斷面尺寸,然后進行加工。卸落拱架時,考慮落架過程中鋼拱架及木拱盔的彈性反彈影響,只有當達到一定的卸落量時,拱架才能脫離拱體,拱頂所需卸落量應為拱體彈性下沉量及拱架彈性回升量之和,拱頂兩邊各點的卸落量可按二次拋物線分配,拱腳處為零,這樣考慮其卸落量的大小,設置3種不同的木楔:兩種組合木楔和一種簡易木楔,其中組合木楔的拉緊螺栓決定采用Φ26的圓鋼制作。落拱時為使拱體逐漸均勻地降落和受力,各點卸落量應分為幾次和幾個循環(huán)逐步完成,各次和各循環(huán)之間應有一定的間歇,間歇過程應將松動的卸落設備頂緊,使拱體落實。落架時從拱頂開始分別對稱地向拱腳進行,盡量使兩邊同步。荷載工況:首先第一環(huán),共分10段,336路拱石11道空縫,空縫采用扁鐵支頂,拱架承擔本階段鋼支架、木拱盔及第一環(huán)拱石的全部重量。由于空縫內有扁鐵支頂,實際上第一環(huán)主拱圈軸力已經(jīng)發(fā)生傳遞,只是空縫處能適應在施工過程中因鋼支架與木拱盔的彈性與非彈性所引起的主拱圈變形。因此,以第一環(huán)不合攏模擬鋼拱架受力狀況較能符合工程實際,按這種模擬所得出的鋼支架各桿件的應力為Ni1,各主要控制斷面的撓度值為Si1。第二環(huán)砌筑在第一環(huán)合攏的基礎上進行,此時僅考慮第二環(huán)拱石的自重作用,取消第一環(huán)拱石及鋼支架與木拱盔的自重,剛度仍按實際模擬。這時第二環(huán)重力引起的鋼支架各桿件的應力增量為ΔNi2,第二環(huán)合攏后鋼拱架各桿件的應力值Ni2=Ni1+ΔNi2,第二環(huán)拱圈重量引起各主要控制斷面的撓度增量為△Si2,第二環(huán)合攏后主要控制斷面的撓度值Si2=Si1+ΔSi2。同樣,依次類推,分別計算出主要桿件的應力值及主要控制斷面的撓度值。木拱盔為簡支斜梁體系,采用木排架(4m～6m)、弓形木(200cm×260cm)和木模板(δ=6cm)縱橫搭接而成,承受拱圈砌體重量,施工荷載與自重。首先,根據(jù)已確定的預設拱度、橫板厚度及拱腹設計標高計算出每2.0m處各排架的高度,進行預制。各排架高度如圖1所示。模板按簡支梁計算需要6cm厚,最小不低于5cm,弓形木按簡支斜梁計算需260cm×200cm的正截面,每排需42根,凈間距43cm,搭接在上帽木上。由于拱架的彈性變形和非彈性變形產(chǎn)生的垂直位移,故接頭處在1/4L以下要隔一緊一,在弓形木閉合后要留有變形余地,否則會產(chǎn)生扭曲?？紤]豎向力,木排架的帽木按連續(xù)梁、立柱按中心受壓;考慮橫向力,木排架設縱、橫夾木及水平頂木,并將水平推力傳給鋼支架。為防止木排架在砌拱過程中失穩(wěn),設置東西閉合的縱向W斜頂木,每單片排架不少于2根。在施工過程中,木拱盔要滿足“準確、穩(wěn)固、壓緊”等3項要求。準確:拱軸線要符合設計要求,需進行精測細量。穩(wěn)固:保證各部分強度;保證整個拱盔縱向與橫向穩(wěn)定;保證整個拱盔不變形,不搖晃。壓緊:自上而下各部分間緊密壓實,盡量減少非彈性壓縮變形。4及時收集和并進行主體結構的設計丹河特大橋的施工實