高墩大跨度系桿拱橋設(shè)計與施工

高墩大跨度系桿拱橋設(shè)計與施工

1承式系桿系桿拱設(shè)計湖南省湘潭至雷陽高速公路第五合同k6680石灣中學線、線下通過分離橋：采用19.21和33.785和19.91m鋼筋混凝土橫截面，全長78.208m，寬4.20.5m（防護欄桿）。主拱圈按50cm厚等截面懸鏈線設(shè)計,拱抽系數(shù)m=2.4,矢高3.256m,計算矢跨比1/10;付拱由半個中拱旋轉(zhuǎn)0.50595°再加長3m形成。見圖1。2施工的關(guān)鍵技術(shù)懸鏈線上承式系桿拱橋采用木支架施工的關(guān)鍵技術(shù)在于:木拱架的設(shè)計和施工、拱圈線型控制和拱圈砼澆筑。3木制框架和框架設(shè)計該橋支架采用滿布式木拱架,分上、下兩部分,上部為拱架,下部為木支架,見圖2。3.1矩形木制作該橋采用排架式木拱架,見圖3。弓形木由12×16cm方木刨制成端部為12×12cm的弧形木。經(jīng)計算,選定間距為90cm,拱片間距為95cm。3.1.1內(nèi)、外弧截面高度根據(jù)懸鏈線方程y=f(chkξ-1)/(m-1),套入相應的各設(shè)計參數(shù),得出中拱內(nèi)弧線和外弧線方程,每水平間距x=30cm一點,計算出各點的內(nèi)、外弧線縱坐標值;付拱根據(jù)中拱的結(jié)果,旋轉(zhuǎn)0.50595°,計算出付拱內(nèi)、外弧線各點x、y坐標。內(nèi)、外弧線y值之差即拱圈的截面高度。設(shè)計所給拱頂預拱度,按二次拋物線分配給各點,從而弓形木的弧線坐標即為各點拱圈內(nèi)弧線坐標加上設(shè)計預拱度的分配值。3.1.2拱結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算3.1.2.弓形木梁傳遞荷載計算橫梁荷載取值為21.8kPa(砼重量按拱圈截面最大高度55cm計算),橫梁采用5×10cm方木(杉木),間距30cm,按受彎連續(xù)梁檢算,拱架拱腳處橫梁受力最大σw=7.8MPa<[σ]/1.2=7.9MPa,橫梁傳遞給弓形木的集中荷載按簡支梁算,最大值為p=3.4kN。3.1.2.sn、nn、k-風力r的切向力為計算偏于安全,假定按立柱間距90cm一個接點,用節(jié)點法分析各桿件內(nèi)力,從拱頂節(jié)點開始,向拱腳節(jié)點進行,舉一節(jié)點為例,見圖4a。Nn.Nn+1——節(jié)間n及n+1拱塊重力分解的正壓力;Tn.Tn+1——節(jié)間n及n+1拱塊的重力分解的切向力;Sn——上一節(jié)點合力R的切向分力;R——Nn/2、Nn+1/2、Tn、Sn的合力(Tn+1直接傳至下一節(jié)點上);Sn+1——合力R在桿件n+1內(nèi)的分力;SK——合力R在桿件k內(nèi)的分力。弓形木n+1的軸向內(nèi)力為Tn+1加上Sn+1,立柱k內(nèi)力為SK,弓形木還受彎曲應力,計算簡圖見圖4b。弓形木靠近拱腳處一節(jié)受力最大:ea=M/A+M/W=9.8MPa<[ea]/1.2=10MPa(計算采用12cm×12cm松木),立柱最大ea=2.2MPa<[ea]/2.0=4.75MPa,靠近拱腳節(jié)點處斜撐受力最大ea=1.6MPa<[ea]/2.0=4.75MPa,拉梁最大el=1.5MPa<[el]/2.0=3.25(10cm×12cm杉木),均滿足設(shè)計規(guī)范要求。3.1.3弓形木、拉梁2拱架桿件的連接用夾板、螺栓連接,且立柱、斜撐嵌入弓形木和拉梁2cm,夾板采用8cm木板。拱片間橫向連接:采用8cm×8cm橫向方木,與弓形木、拉梁通過14mm螺栓連接,將拱片連接成整體。3.2支架立柱施工支架基礎(chǔ)在路基上鋪10cm厚沙子,再縱橫放置兩層厚為5cm木板,以保證支架整體沉降。支架荷載取22.7kPa,支架立柱安全系數(shù)取2.0,支架立柱軸線與拱架立柱軸線保持一致,所以支架立柱間距為0.9m×0.95m。選擇不小于8mm的圓木(杉木),每豎向1.3m高設(shè)縱橫向水平圓木,并設(shè)置剪刀撐。施工期間,為方便車輛行駛,在支架中間留3.9m寬過車洞,過車洞拱架下鋪設(shè)15cm×22cm方木,間距32cm。支架施工預拱度經(jīng)計算采用3.2cm。4拉緊架的生產(chǎn)、安裝和拆卸4.1平后拱架制作平臺在一塊20m×6m的平整場地上,澆筑5cm厚砼,找平后作為拱架制作平臺。在平臺上,放出弓形木的弧線,再根據(jù)拱架設(shè)計圖放出各桿件大樣,量制各桿件并拼裝成半片拱架。木支架搭設(shè)好后,定出拱架設(shè)計位置,用15t汽車吊將拱片安裝就位。4.2澆筑東北部拱架在所有拱圈及拱上構(gòu)造(立柱、橋面板)澆筑完畢且拱圈砼達到設(shè)計強度90%以上時,方可卸落。卸落采用5cm×5cm的對口木楔,由拱頂向拱腳對稱卸落。5拱頂模型底模采用2cm木板上鋪2mm鋼板,側(cè)模采用120cm×150cm大塊鋼模,從拱腳到拱頂搭設(shè)斜向腳手架,放置側(cè)模。6主拱圈及拱頂位置該拱橋砼澆筑分三個階段,第一階段澆筑拱圈及拱上立柱柱腳,第二階段澆筑拱上立柱和橋面板,第三階段拆除拱架后澆筑橋面系。主拱圈分別在拱腳、1/4跨和拱頂處設(shè)5個間距隔槽,將拱圈分為4段,付拱在拱腳、拱頂處留2個間隔槽,分為2段,間隔槽設(shè)置在拱架節(jié)點處,寬90cm。主拱圈左右對稱兩段由拱腳向拱頂分層對稱同時進行砼澆筑,在砼初凝前一次澆筑完。付拱拱圈由拱腳向拱頂一次澆筑完。間隔槽砼,在拱圈各段砼澆筑完成且砼強度達到設(shè)計強度70%后方能澆筑,先澆筑1/4跨后澆筑拱腳、拱頂間隔槽砼,砼需采用比設(shè)計高一標號的半干硬性砼,封拱溫度按設(shè)計要求在15℃左右。7弓形木弧的測定拱圈的線型控制,主要是控制拱圈的標高。拱圈內(nèi)弧線由弓形木弧線保證,外弧線的定測:從底模垂直向上量出各計算點的截面高度,在側(cè)模上標出各點,連成線即為外弧線。主拱圈外弧線標高測量結(jié)果如表1,最大誤差8mm。8鋼架與鋼支架經(jīng)濟比較8.1上承式系桿拱橋采用木拱架施工,結(jié)構(gòu)簡單、實用,價格低廉。使用前,分別對擬采取的幾種方案進行經(jīng)濟比較:(1)以鋼管架作為支架,拱架采用木拱架;(2)木支架,拱架采用鋼木拱架即以工字鋼梁代替弓形木,加大立柱間距。通過比較還是木支架、木拱架經(jīng)濟。經(jīng)濟比較結(jié)果如表2。8.2木材一定要采用符合規(guī)范選材標準的木材,嚴禁使用腐朽嚴重,裂口較大的木材。確保支架、拱