王春學WANG Chun-xue;楊昊YANG Hao
(①中交第三公路工程局有限公司,重慶401147;②中交二公局第一公路工程有限公司,武漢430056)
樂山岷江二橋拓寬部分橋梁全長666.9m,跨徑布置為:2×30m(引橋)+7×70m(主橋)+2×30m(引橋)。橋梁主拱凈跨為70m的鋼筋混凝土箱形拱橋,全橋共11跨,設7孔70m主拱和4孔30m腹拱。主拱圈拱軸線為懸鏈線,凈跨度為70m,凈矢高為8.75m,矢跨比為1/8,拱軸系數為2.814。拱圈的總高度為130cm,拱箱頂底板厚均為20cm(拱腳段加厚到30cm),邊腹板厚30cm,中腹板厚25cm。新建拱圈頂面全寬13.1m。拱圈在拱上側墻位置設置一道厚70cm的橫隔板。主拱圈上腹拱采用凈跨為4.5m的圓弧拱,拱圈厚為25cm。邊腹拱和第四孔腹拱設計為三鉸拱。拱上采用墻式立柱,厚度為70cm。
2.1 拱橋的設計特點 拱橋設計外形宏偉壯觀,且經久耐用。拱式橋梁在豎向荷載作用下,支撐處不僅有豎向反力,還有水平推力,由于這個水平推力使拱體內的彎矩大為減小。拱橋的主要承重結構是拱圈(或拱肋)。拱橋在豎向荷載作用下,橋墩或橋臺將同時承受垂直力和水平推力,這樣兩端支撐處出有豎向反力外,還產生水平反推力。水平反推力將顯著抵消荷載所引起的主拱圈(或拱肋)內的彎矩。
2.2 設計方案 設計圖紙施工方案主拱圈采用拱架施工,附拱圈采用滿堂支架或拱架施工,為平衡裸拱水平推力對橋墩的影響,在施工中設置臨時鋼絞線拉索體系,拉索采用8-8φ15.24鋼絞線,待全橋合攏后放松拉索。至少在后續有兩孔未合攏前不得施工主拱圈的拱上建筑。經分析原設計施工方案施工周期較長,工藝繁瑣,安全隱患難以預防,耗用資金龐大。
根據拱橋的設計特點、受力情況、拱橋的相關規范要求,結合我部多年的施工經驗,并采用Midas Civil大型有限元分析軟件進行結構分析,對拱圈的整體驗算,提出優化方案,即采用滿堂支架施工,并將原施工方案步驟進行優化,取消了主拱圈及腹拱圈在施工中設置臨時8-8φ15.24鋼絞線拉索體系及拱架施工,現主拱圈采用滿堂支架施工,施工順序優化為:先施工5、6、7主拱圈—8、9主拱圈—3、4主拱圈—1、2附拱—10、11附拱。
3.1 拱圈內力計算 施工階段驗算裸拱施工下拱圈的強度及穩定性。主拱圈截面為單箱五室箱型截面,截面在拱腳段局部加厚,截面配筋分為三種形式,拱腳段、拱頂段、其他段配筋各不相同,驗算正截面強度時需分別驗算,抗剪鋼筋配置一致,附拱拱圈為矩形截面,各斷面尺寸、配筋均一致。內力分析和計算結果見表1、2所示。
表1 施工階段拱圈內力計算結果匯總表
表2 施工階段拱圈剪力計算結果匯總表
3.2 拱圈強度驗算
3.2.1 拱腳段正截面驗算
最大彎矩:
截面受力性質:下拉偏壓
內力描述:
Nj=2.73e+04kN,Qj=0.0kN,Mj=1.41e+04kN-m
截面抗力:NR=1.31e+05kN>=Nj=2.73e+04kN(滿足)
最大軸力:
截面受力性質:下拉偏壓
內力描述:
Nj=5.9e+04kN,Qj=0.0kN,Mj=1.33e+04kN-m
截面抗力:NR=1.87e+05kN>=Nj=5.9e+04kN(滿足)
3.2.2 拱頂段正截面驗算
截面受力性質:下拉偏壓
內力描述:
Nj=5.44e+04kN,Qj=0.0kN,Mj=8.87e+03kN-m
截面抗力:NR=1.44e+05kN>=Nj=5.44e+04kN(滿足)
3.2.3 其余段正截面驗算
截面受力性質:下拉偏壓
內力描述:
Nj=5.86e+04kN,Qj=0.0kN,Mj=1.16e+04kN-m
截面抗力:NR=1.3e+05kN>=Nj=5.68e+04kN(滿足)
3.2.4 斜截面抗剪驗算
①計算是否需驗算斜截面抗剪承載力:
γ0Vd≤0.5×10-3α2ftdbh0
左邊=2910.7>右邊=1636.8(需要驗算)
②驗算:
表3 計算參數表
左邊=2910.7<右邊=6399.4(截面滿足)
斜截面抗剪應滿足:γ0Vd≤Vcs+Vsb+Vpb
Vsb=0(普通彎起鋼筋抗剪承載力設計值,本橋拱圈無彎起鋼筋)
Vpb=0(預應力彎起鋼筋抗剪承載力設計值,本橋無預應力鋼筋)
左邊=2910.7<右邊=7128.3(滿足)
經驗算主拱圈內力、強度等各項指標都滿足采用滿堂支架施工要求,故將原設計施工方案進行了上述優化。
通過實際施工驗證了經優化的施工方案從各方面是可行和有效的,從施工角度考慮,施工方便快捷、方案合理;從技術角度考慮,滿堂支架施工工藝較成熟,安全隱患較低;從工期角度考慮,整座拱橋主拱圈施工在汛期來臨前可以完成,整個合同工期可提前3到4個月完成;從經濟角度考慮,采用滿堂支架施工與采用8-8φ15.24鋼絞線拉索體系及拱架施工相比,經濟上可節省約1000萬元。
[1]JTG D60-2004,公路橋涵設計通用規范[S].
[2]JTG D61-2005,公路圬工橋涵設計規范[S].
[3]JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[J].