石拱連續(xù)剛構(gòu)橋主橋總體設(shè)計(jì)

石拱連續(xù)剛構(gòu)橋主橋總體設(shè)計(jì)

1主拱架、主橋臺(tái)支撐設(shè)計(jì)焦焦公路上的丹河大橋橋的交叉口結(jié)構(gòu)為2.30m。146米。5.30米，寬24.2m，高81.0m，全長(zhǎng)213.17米。這是目前世界上最長(zhǎng)的石拱橋。該橋主橋凈跨146m,凈矢高f0=32.44m,矢跨比f(wàn)0/L0=1/4.5;主拱圈采用全空腹式變截面懸鏈線無(wú)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(tái)采用石砌重力式臺(tái),明挖擴(kuò)大基礎(chǔ),橋臺(tái)頂部設(shè)單向推力墩,墩寬8.0m。本橋支撐設(shè)計(jì)的難點(diǎn):一是主孔跨徑及荷載等級(jí)與原有同類(lèi)橋梁相比都有較大突破,許多指標(biāo)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(guó)內(nèi)罕見(jiàn)。三是工程規(guī)模宏大,而拱架施工工期僅為6個(gè)月,技術(shù)攻關(guān)時(shí)間緊迫。2式結(jié)設(shè)計(jì)2.1橋橋結(jié)合支護(hù)經(jīng)多方研究論證,本橋決定采用鋼木結(jié)合的支撐結(jié)構(gòu),木結(jié)構(gòu)高度控制在6.0m以內(nèi)。拱架由鋼支架與木拱盔兩大部分組成,采用萬(wàn)能桿件、軍用墩和木料拼裝。橋的縱向?yàn)?排立柱,斷面2.0m×2.0m,凈間距16.0m;橋的橫向?yàn)?排立柱,斷面2.0m×2.0m,凈間距2.6m。共計(jì)45個(gè)立柱,縱橫向在一定的高度相連。考慮到丹河季節(jié)性徑流和大氣降水量影響較大,將拱架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為25#鋼筋砼,底部埋設(shè)傳感器,以測(cè)其應(yīng)力值。拱架所需工程材料如下:萬(wàn)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(jié)構(gòu)件252.53t。2.2主拱圈體系轉(zhuǎn)換鋼支架所需萬(wàn)能桿件和軍用墩,可在市場(chǎng)上成組租用或在工廠批量加工。因其單件重量輕,同號(hào)構(gòu)件可以更換使用,所以拼組時(shí)相當(dāng)方便。用萬(wàn)能桿件拼組支架,大致分為桁梁和塔架兩類(lèi),前者多平放、斜放,后者常豎向直立,它們都是空間結(jié)構(gòu)。為了便于分析,可將其分解為主桁梁、縱向聯(lián)結(jié)系、橫向聯(lián)結(jié)系3種平面結(jié)構(gòu)。將主拱架順橋方向的結(jié)構(gòu)定為主桁梁,將整個(gè)空間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成10片相同的平面桁架結(jié)構(gòu),其中每2片按照承受節(jié)點(diǎn)荷載的平面桁架結(jié)構(gòu)。在計(jì)算中建立與實(shí)際單片較為相符的力學(xué)模型,用Super.SAP空間結(jié)構(gòu)分析軟件模擬主拱圈施工中受力體系轉(zhuǎn)換進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算過(guò)程中將鋼支架視作鉸接。鋼支架的兩邊跨支座有兩個(gè)支點(diǎn),并且1#、9#靠近橋臺(tái),如果全部設(shè)計(jì)為鉸支座,在砌拱過(guò)程中,邊跨產(chǎn)生的變形(豎向位移)會(huì)使支架處于懸臂狀態(tài),這時(shí)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(shè)置錨桿。但考慮錨桿與支座鋼板不好連接,而且在砌拱過(guò)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(lái)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(fù)雜化受力狀態(tài)。2.3鋼支架木排拱度設(shè)計(jì)公路橋涵《施工手冊(cè)》規(guī)定一般石拱橋拱頂預(yù)留拱度的經(jīng)驗(yàn)值為跨徑的1/400～1/800,再參考三峽工程某拱橋經(jīng)驗(yàn)(軍用梁鋼支架木排拱盔),本橋拱頂預(yù)留拱度采用28cm,約為跨徑的1/520。施工中設(shè)置預(yù)拱度時(shí),應(yīng)按在拱頂處為全部變形值,在拱腳處為零值設(shè)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(jué),決定設(shè)置橫向預(yù)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(diǎn)按二次拋物線分配,實(shí)際設(shè)置的拱腹線為一條折線。2.4由鋼支架與木拱強(qiáng)化施工所出的挑戰(zhàn)常用的落拱設(shè)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(jiǎn)單,但落拱不易控制;螺旋千斤頂落拱時(shí)易控制,但較笨重,且造價(jià)高:硫磺砂膠砼制作復(fù)雜,成本大。通過(guò)論證比較,決定選用木楔來(lái)做為落拱設(shè)備,其優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、可再利用,落梁時(shí)易控制。每個(gè)支架頂節(jié)點(diǎn)各設(shè)兩個(gè)木楔,由鋼支架受力計(jì)算中可知,除邊節(jié)點(diǎn)外,每節(jié)點(diǎn)受力均為30t,每個(gè)木楔受力為15t。據(jù)此決定采用硬雜木制作,通過(guò)壓力機(jī)試驗(yàn),確定其斷面尺寸,然后進(jìn)行加工。卸落拱架時(shí),考慮落架過(guò)程中鋼拱架及木拱盔的彈性反彈影響,只有當(dāng)達(dá)到一定的卸落量時(shí),拱架才能脫離拱體,拱頂所需卸落量應(yīng)為拱體彈性下沉量及拱架彈性回升量之和,拱頂兩邊各點(diǎn)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(shè)置3種不同的木楔:兩種組合木楔和一種簡(jiǎn)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(shí)為使拱體逐漸均勻地降落和受力,各點(diǎn)卸落量應(yīng)分為幾次和幾個(gè)循環(huán)逐步完成,各次和各循環(huán)之間應(yīng)有一定的間歇,間歇過(guò)程應(yīng)將松動(dòng)的卸落設(shè)備頂緊,使拱體落實(shí)。落架時(shí)從拱頂開(kāi)始分別對(duì)稱(chēng)地向拱腳進(jìn)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(dān)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(nèi)有扁鐵支頂,實(shí)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(yīng)在施工過(guò)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(shí)際,按這種模擬所得出的鋼支架各桿件的應(yīng)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(chǔ)上進(jìn)行,此時(shí)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(shí)際模擬。這時(shí)第二環(huán)重力引起的鋼支架各桿件的應(yīng)力增量為ΔNi2,第二環(huán)合攏后鋼拱架各桿件的應(yīng)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(lèi)推,分別計(jì)算出主要桿件的應(yīng)力值及主要控制斷面的撓度值。木拱盔為簡(jiǎn)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(yù)設(shè)拱度、橫板厚度及拱腹設(shè)計(jì)標(biāo)高計(jì)算出每2.0m處各排架的高度,進(jìn)行預(yù)制。各排架高度如圖1所示。模板按簡(jiǎn)支梁計(jì)算需要6cm厚,最小不低于5cm,弓形木按簡(jiǎn)支斜梁計(jì)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(huì)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(shè)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(guò)程中失穩(wěn),設(shè)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(guò)程中,木拱盔要滿足“準(zhǔn)確、穩(wěn)固、壓緊”等3項(xiàng)要求。準(zhǔn)確:拱軸線要符合設(shè)計(jì)要求,需進(jìn)行精測(cè)細(xì)量。穩(wěn)固:保證各部分強(qiáng)度;保證整個(gè)拱盔縱向與橫向穩(wěn)定;保證整個(gè)拱盔不變形,不搖晃。壓緊:自上而下各部分間緊密壓實(shí),盡量減少非彈性壓縮變形。4及時(shí)收集和并進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)丹河特大橋的施工實(shí)