中承式鋼筋混凝土拱橋設計

1橋面結構設計目前，中國最大的鋼筋混凝土拱橋是信陽石河大橋。它位于河南省信陽市西關107國道997km處。該橋全長220.04m,橋面寬度29.5m,凈跨168m,矢高33.6m,拱肋為二次拋物線型,高3.5m,寬1.5m,每肋由現澆段,P2-P15預制段及J1-J14現澆接頭組成,拱肋最大凈吊重重量41.5t,最大傾角32°21′29″,設計采用拱架上拼裝預制拱段,現澆接頭及橫系梁形成拱肋整體結構。行車道采用預制橫梁,現澆橋面板,每5m一道的橫梁與共肋采用吊桿聯結。拱橋總體結構,詳見圖1。2結構體系及安裝2.1龍門的拼裝利用現有材料、設備、既滿足施工要求,又可為橫梁運輸及吊裝提供方便。2.2半剛性拱架的設計為簡支式半剛性骨架,上部斜梁采取簡支結構支座,垂直支撐,砂筒卸拱,整體拼裝就位,結構設計合理,安全可靠。2.3拱段安裝按初步就位—預壓—精度調整—接頭施工的秩序安裝,施工方便,安全迅速,易于控制精度。2.4橋面現澆混凝土采用附著式膺架施工,保證了結構安全,保證了橋面施工質量。3無砂地拱架基礎處理旱地基礎可根據地質情況和地基承載力確定基礎的大小和形式;獅河水深1～1.5m,對河流水中基礎處理,先進行開挖,迎水側挖深0.5m其挖深0.3m,然后干砌片石,在干砌片石上在澆主0.3m～0.4m厚度C20混凝土作為承臺,承臺上設混凝土墩柱(60×60cm)作為調節高程用。為克服河水沖刷,采用周邊設混凝土圍囹的加固方案,即在干砌片石周圍設置0.3m厚混凝土圍囹,深度達局部沖刷線以下,并用干砌片石灌砂壓漿,使其密實。對砂土地基拱架基礎處理,先進行開挖,深度為0.4～0.5m,然后澆注30cm厚混凝土承臺,承臺頂面設混凝土條形基礎。另對拱架架立柱所在位置的基礎處水平設50×50cm鋼筋加強網,以擴大局部承壓面積。4該框架的力學模式和特點4.1力學模型詳情圖24.2拱架總體結構4.2.1縱梁、立柱簡支設置,施工中縱梁不產生水平力,能保證施工安全;4.2.2拱架安裝方便,拼裝、調整僅用2個月時間。拱架總體結構詳見圖3。4.2.3拱架預壓只需部分進行,根據不同地質情況,選擇1/2及1/4斷面,砂筒(楔塊)用量少,全橋只需96個。4.3密封試驗4.3.1基礎沉降校核(1)對拱架設計中所考慮的拱架變形值及基礎沉降予以校核,為后繼拱肋施工提供資料。(2)通過壓載使拱架產生一定內力,使后繼拱肋吊裝產生的部分內力予以平衡。4.3.2預壓拱段吊裝就位(1)依據施工組織設計,壓載處于拱跨1/2及1/4斷面;(2)拱架頂面每拱段設高程控制點2個,1/2及1/4段面處基礎頂設高程控制點;(3)用龍門桁車將拱段吊至設計位置,先吊裝拱跨1/2及1/4處拱段,縱橫向分別用倒鏈及?8鋼筋予以臨時固定;(4)預壓拱段吊裝就位后,對各控制點高程測設一次,每間隔12h再測設一次;在預壓整個過程中,隨時觀察架拱架有無異常變化;(5)試驗結果(詳見表1)。4.3.3結論壓載過程及結束后,拱架均無異常出現,依據控制點高程測得結果得知,設計中所考慮的預加值與實際基本相符,實測小于計算值。5機構設計及結構特點該橋拱肋吊裝及拱肋段二次混凝土澆注利用自行設計的凈吊重42t龍門桁車。龍門桁車總高度44.564m,凈空高度42.564m。凈寬23.64m。橫梁采用貝雷桁架,共設兩組,每組為加強型單層三排結構,每組桁片間中心距為0.45m。立柱采用萬能桿件雙拼結構。6拱門安裝6.1認為這例24m及22m的情況下,有24m及22拱架上、下游每側各設立柱13個,高度6～30m不等,立柱斷面為2×4m及2×2m。南岸支架立柱立式拼裝用1t卷揚機配合,施工中設置必要的纜風繩,北岸立柱受工期限制,采用臥式拼裝,利用龍門桁車整體提升就位,4～10#立柱間采用[20槽鋼聯接。6.2縱梁砂砂筒的吊裝立柱拼裝完成后,按設計位置,在柱頂分配梁上安放砂筒,然后再進行縱梁的吊裝。縱梁的拼裝在原橋面及路基開挖斷面之上進行,拼裝中對兩端的調整角度牛腿及縱梁之上的[20橫向分配梁一并拼裝。7運梁式擋墻臨時固定拱肋吊裝順序自拱腳到拱頂,南北岸上下游對稱順次吊裝。每一拱塊先由預制場用自制的運梁臺車運至龍門起吊范圍之內,然后由龍門桁車吊到設計位置,當縱橫中心線滿足設計要求后進行臨時固定。8高度調整后的高度順序詳見圖4拱肋吊裝超過半跨時,即可進行拱肋的精確調整,繼而進行現澆接頭的鋼筋焊接,澆注混凝土。拱塊精確調整。9拱肋箱形截面坡角處9.1全部工序連續施工,確保在12h內完成;9.2拱肋箱形截面坡角處設[20鋼性支撐4道;9.3隨時掌握天氣情況,確保低溫合攏;9.4合攏過程中專人觀測拱肋、墩臺變位。10拱頂卸落量設計10.1將后澆接頭及B橫梁試件與結構物同條件養護,以確定落拱時間。10.2計算拱架卸落量,該卸落只考慮因拱肋自重、溫度變化及拱架彈性變形所引起的位移量,拱頂卸落為6.94cm,其余各點按直線比例分配,自拱腳分二級完成。10.3拱架卸落按“多點、少量、對稱、逐次”的原則來進行,且卸落過程中設專人觀測拱跨1/2、1/4處變化及墩臺變位情況。11橋面施工的保證依據橋面結構形式,可選擇滿堂紅支架施工及附著式支架兩種方案,因河床基礎處理困難,且工期緊迫,故選擇附著式膺架施工。根據支架設計形式,要確保橋面施工質量,必須解決以下二個問題:1.橋面橫梁固定;2.橋面標高的控制。為防止灌注混凝土時橫梁傾覆,每跨用ue001φ40鋼管設二道斜拉,橫橋向采用每5跨在地面與鋼軌之間用倒鏈斜拉,縱向利用兩端A梁上預埋角鐵與橫梁底部預埋角鐵將整個橋面用ue001φ25鋼筋聯成一個整體。12質量控制和安全措施12.1現澆接頭施工在拱塊拼裝中精度控制如下:(1)在拱塊頂面縱向中心線上設點①、②;(2)用全站儀測出①、②點的高程里程,h1、h2與k1、k2;(詳見圖5);(3)鋼尺丈量①②到實際索管中心線距離L1、L2;(4)計算出Δk、Δh1、Δh2(Δh為h與計算出上緣拱軸坐標比較之值);(5)用經緯儀測量拱塊的橫向中心線偏移;(6)綜合上述因素進行龍門提升后的調整;(7)調整之后再測出索管的鉛垂度;滿足要求后進行固定。現澆接頭的施工即合攏段施工,區別于其余接頭施工,工藝如下:(1)對兩端預留鋼筋進行調直,除銹,之后焊接;(2)內外模板均采用木模,立面設五道拉桿;(3)混凝土設計為60#,配合比:水泥∶砂∶石∶水∶減水劑,為1∶0.87∶2.03∶0.36∶0.19,減水劑為陜西省咸陽產自流平SJA型,施工坍落度12cm。混凝土澆注先底板、腹板后頂板;(4)澆注后常規灑水養護,當氣溫低于5℃時,采用彩條蓬布蒸汽養護。12.2設計時考慮預加值由于橋面為懸浮式結構,隨著橋面荷載的增加及溫度變化,拱圈、吊桿長度都發生變化,對橋面標高控制造成困難,對于該問題,通過精度計算,將標高變化比值在膺架設計時考慮預加值,具體實施中考慮以下三個因素。(1)拱圈由于承受橋面荷載引起的下沉跨中下沉δ1=1+4D24D?δLEδ1=1+4D24D?δLED——矢跨比截面應力:δ=NAδ=ΝAL——跨徑E——彈性模量其余各點按二次拋物線分配。(2)吊桿由于承受荷載產生伸長值δ2=PLEAδ2=ΡLEAE——吊索彈性模量A——截面積P——荷載L——吊桿長(3)由于錨頭部分與錨板接縫的存在,受力而產生壓縮,每吊桿按2mm計,個別下部用鐵墊片調整的另計入。12.3混凝土灌注施工橋面各點設計高程加相應部位上述計算