九龙江大桥主拱拱肋Ｖ构现浇支架设计 吴永申 （中铁大桥局第五工程有限公司，江西九江３３２００１） 摘要：九龙江大桥为新月形五跨连续梁拱组合体系，主桥跨径布置为４０＋６７＋１５８＋６７＋４０ｍ，采用刚性梁柔性 拱，由左右两幅预应力混凝土变截面连续梁和中间独立的中承式钢管混凝土拱三个受力体系组成。拱肋采用 现浇支架施工，由于其结构新颖，支架受力较复杂，文章采用Ｍｉｄａｓ程序对现浇支架在拱肋施工过程中的受力 性能进行分析，重点介绍了该类结构设计及计算过程。 关键词：九龙江大桥；支架结构；梁拱组合体系；Ｖ构；拱肋现浇支架 中图分类号：Ｕ４４８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—２３７４（２０１２）１２—００３６—０３ 一、工程概况 拱肋内预应力钢索根据混凝土施工分段情况分段布 （一）桥梁简介 置、分段张拉。 九龙江大桥主桥采用新月形五跨连续梁拱组合 （二）地质、水文情况 体系，采用刚性梁柔性拱，由左右两幅预应力混凝 桥址处地层自上而下依次为： （１）素填土； 土变截面连续梁和中间独立的中承式钢管混凝土拱 （２）粉质粘土； （３）中砂； （４）淤泥； （５）粉 三个受力体系组成。两岸引桥均采用预应力混凝 质粘土； （６）中砂；覆盖层较厚。 土等截面连续箱形梁桥。其中主桥的跨径组成为 据中山桥水文站资料，九龙江西溪平均流量 ４０＋６７＋１５８＋６７＋４０＝３７２ｍ，主桥立面布置情况如图１ １２７ｍ。／ｓ，最小６．６ｍ。／ｓ，最大流量４０８０ｍ。／ｓ；桥梁 所示： 设计水位为３．１９５ｍ，最高洪水位为１０．５７１ｍ。 （三）主要施工方案说明 主拱肋分为五个节段，采用现浇支架施工，依 次浇筑节段４、节段６、节段７、节段１０、节段１ １； 每节段浇注完成后，待混凝土达到设计强度的９０％ 时张拉该节段的预应力钢束。 图１九龙江大桥主桥立面 边拱肋和桥面以下主拱肋为预应力钢筋混凝 二、支架结构设计 土结构。边拱肋、主拱肋混凝土段和纵梁组成 主拱肋现浇支架采用钢管桩、分配梁搭设而成， 三角刚构。边拱肋断面为等高变宽实心矩形断 并在拱座上设置预埋件以抵抗结构的水平拉力。 面，由拱座处５．６×３．５ｍ变化到与纵梁交接处的 （一）支架基础 主拱肋支架基础采用 ６００×８ｍｍ钢管桩，边拱 ３．６×３．５ｍ，边拱肋内布置４束１７①Ｓ１５．２０钢索；纵 肋支架及纵系梁支架采用 ５２９ Ｘ ８ｍｍ钢管桩，单桩 梁采用矩形箱式断面，高为２．７５ｍ，宽为３．６ｍ，顶 设计承载能力８００ｋＮ。Ｖ构主拱肋分５个节段浇注， 底板厚为３０ｃｍ，腹板厚度为６０ｃｍ，其内部布置４束 共布置７排钢桩，边拱肋分４个节段浇注，共布置２２ １５ Ｓ１５．２０钢索；主拱肋断面由拱座处８．０×５．Ｏｍ 变化到结合部３．６×４．５ｍ，为矩形实体断面，其内 排钢桩，纵系梁与主、边拱肋之间均设置２ｍ长合拢 段。钢桩间采用 ２７３Ｘ６ｍｍ钢管作为联结系。Ｖ构 部布置５束１７ Ｓ１ ５．２０钢索和５束５ Ｓ１５．２０钢索。 ３６ ｏ中圈高魏拭：｝ Ｅ ２０１２ ０４ 支架立面布置图如图２Ｎ示。 图２ Ｖ构支架立面布置图 （二）底平台系统 纵梁采用ＨＮ５００×２００型钢，每２根为一组，焊 接成箱型结构，横断面共布置９组。其横向间距为 Ｏ．９。桩顶分配梁与纵梁间采用整体钢楔块抄垫焊 牢。纵梁上布置Ｉ１４分配梁，作为斜腿底模平台。 （三）铰座及预埋件 由于水平拉力较大，因此在拱座处设置铰座， 既作为纵梁支点，又用于抵抗水平力，主、边拱肋 铰座均设置在拱座处，铰座与预埋件采用满焊连 接。铰座与预埋件连接如图３所示： 晴暗 键／ 一 ｝＝＝ 、一勰件 三、支架结构计算 ｍ ３ ７ Ｉ、 （一）支架受力原理分析 支架底平台与水平面夹角为ａ，浇注拱肋混凝 土时，混凝土对支架的作用为垂直于作用面的正压 力Ｎ和平行于作用面的摩擦力ｆ，由于摩擦力ｆ数值 难以精确确定，其对支架结构有利，为确保结构安 全，计算时未考虑摩擦力ｆ的影响。主拱肋受力最 为不利，施工难度较大，仅以主拱肋为例进行分 析。主拱肋分五个号块施工，其中１０＃、１１＃为三角 刚构形成后浇筑，对结构影响很小，计算时未加入 其混凝土荷载。 表１拱肋节段统计表 名称 体积（ｉｎ。） ２号块 １９４．９ ３号块 １８８．９ （二）支架受力计算 主拱肋支架采用Ｍｉｄａｓ建立有限元模型，分析 中将拱肋节段混凝土重量换算成荷载施加到支架 上。主拱肋支架分析工况如下： 工况一：浇筑主拱肋第一节段； 工况二：浇筑主拱肋第二节段； 工况三：浇筑主拱肋第三节段。 １．主拱肋第一节段。模型及荷载如图４所示： 图４主拱肋第一节段加栽图 计算结果关键数据：纵梁最大轴力： Ｆｘ＝３８５ｋＮ，钢管桩最大反力：ＦＮ＝４２９ｋＮ，钢管桩最 大变形ｆ＝３．９ｍｍ。 ２．主拱肋第二节段。模型及荷载如图５所示： 图５主拱肋第二节段加载图 计算结果关键数据：纵梁最大轴力： Ｆｘ＝７８９ｋＮ，钢管桩最大反力：ＦＮ＝６１０ｋＮ，钢管桩最 ２０１２ ０４ ｏ中闽高新技：｝ ｋ ３７ 晴汗 号号号号号号号号 块块块块块块嚷诀牛 ｍ ９ ｍ ２石 大变形ｆ＝５．９ｍｍ。 ３．主拱肋第三节段。模型及荷载如图６所示： 图６主拱肋第三节段加载图 计算结果关键数据：纵梁最大轴力： Ｆｘ＝ｌＯ４ＯｋＮ，钢管桩最大反力：ＦＮ＝６９４ｋＮ，钢管桩最 大变形ｆ＝７．５ｍｍ。 ４．铰座及预埋件受力计算。通过以上计算， 得知纵梁最大轴力ＦＸ＝１０４０ｋＮ，即铰座最大拉力为 １０４０ｋＮ。利用ＭＩＤＡＳ ＦＥＡ进行有限元受力分析，用 梁单元模拟铰座，角钢构件用限制Ｄｘ，Ｄｙ，Ｄｚ三个 方向位移的支座模拟。 图７预埋件计算模型图 拉剪预埋件受力计算公式： ３８ ｏ中闻高新技术企业２０１２．０４ Ａｓ＝Ｖ／ａ ａ ｆｙ＋Ｎ／Ｏ．８ａｂｆ 其中：ａｒ＝Ｏ．８５，钢筋排数影响系数； ａ ＝Ｏ．７，角钢抗剪强度系数； ａ ＝１，锚板弯曲变形的折减系数； ｆｙ＝１７０ ＭＰａ，角钢抗拉强度设计值。 计算得：Ａｓ＝ｌＯ４４ｍｍ 单根７５×７５×８角钢面积Ａ＝Ｉ１５０ｍｍ。 ￣ＩＪＡ＞Ａ 满足受力要求。 四、结语 本项目Ｖ构支架结构新颖，施工工况计算复杂， 设计难度较大，经技术、经济反复比较论证，最终 响，从最终现场施工数据得知，已浇筑节段混凝土 的刚度对支架结构有一定的影响，在以后的施工设 计中，宜考虑该因素对支架结构的影响。ｏ 参考文献 【１】中交第一公路勘察设计研究院．漳州市九龙江大桥及接 线工程三阶段施工图设计【Ｓ】． 【２】周水兴，等．路桥施工计算手册【Ｍ】．人民交通出版社， ２００１． ． 【３】周学军．钢结构设计规范ＧＢ５００１７应用指导【Ｍ】．山东 科学技术出版社，２００４． ［４１严正庭，严捷编．预埋件设计手册［Ｍ】．中国建筑工业出 版社．１９９４． （责任编辑：周加转） 确定该结构型式。该支架计算时，为简化计算，未 考虑先浇筑混凝土节段自身刚度对结构受力的影