SRC截面勁性骨架系桿拱橋初探

羅 實 王微嘉 毛 亮

(中鐵二院成都勘察設計研究院有限責任公司，四川 成都 610081)

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SRC截面勁性骨架系桿拱橋初探

羅 實 王微嘉 毛 亮

(中鐵二院成都勘察設計研究院有限責任公司，四川 成都 610081)

結合梅溪河特大橋工程實例，研究了無支架法施工勁性骨架系桿拱橋的可行性，通過計算骨架、拱肋的變形及應力狀態，分析了系桿拱橋的結構受力情況，指出對拱肋進行配重和設置少量預應力鋼束，可消除混凝土收縮徐變對結構產生的不利影響。

SRC梁，勁性骨架，系桿拱橋，應力

0 引言

SRC梁及預彎組合梁于20世紀40年代末由比利時工程師利普斯基首次提出，經過數十年的發展已廣泛應用于房屋建筑、公路鐵路橋梁領域。根據目前國內外應用研究情況，SRC梁及預彎組合梁的最大跨徑的適用范圍控制在60 m以內，為了擴大其應用范圍，為在復雜地質、交通等外部控制因素較多的條件下建橋提供更多的橋梁解決方案，我們結合廣梅汕鐵路橋梁的現場情況，開展了SRC梁及預彎組合梁橋在系桿拱橋的應用研究，本文重點研究并提出在施工階段合理配重改善勁性骨架系桿拱橋的受力狀態。

1 工程概況

梅溪河特大橋所遇控制條件，在工程設計中所遇頻率越來越高，解決方案常不盡人意。在20世紀，鐵道部專業設計院等單位曾對SRC梁做了初步研究，但其思路局限于簡支梁或者連續梁，跨度均較小，且其澆筑混凝土模板均依賴于支架。基于這兩類常見的控制條件，我們結合前期相關單位的設計研究情況，提出了無支架施工勁性骨架系桿拱橋，橋型布置圖見圖1。

2 梁體構造簡介

梁體縱向支點間距68 m，梁體長度70.4 m。系梁采用勁性骨架外包混凝土，單箱單室箱形截面，高度2.8 m，肋寬192 cm，縱梁頂板厚度為40 cm，底板厚度為40 cm；腹板厚度采用35 cm；縱梁兩側懸臂長度為18.5 cm。懸臂端部厚度35 cm。梁體縱向設置體內預應力和體外預應力；橋面結構采用縱橫梁體系、整體橋面板，以提高結構的整體剛度；拱肋設置于系梁上方，采用等高度啞鈴型截面鋼管混凝土截面，兩道拱肋間采用空心鋼管組成的一道“米”字形橫撐和兩道“K”形橫撐實現橫向連接。吊桿采用平行鋼絲成品吊桿，全橋共22根，縱向間距為5 m，端吊桿到支承線距離為9.0 m。橋梁標準橫斷面見圖2。

3 施工方法

梁部施工采取臨時支墩施工勁性骨架系桿拱橋，首先在工廠分節段制造勁性骨架等鋼結構，并在現場拼接形成拱座骨架和系梁骨架，通過吊機將拱座骨架吊裝至橋墩臨時支座，然后吊裝系梁骨架與拱座骨架拼接，繼而以縱梁骨架為平臺架設鋼管拱肋，形成鋼骨架系桿拱橋，并以骨架作為模板支撐按先拱后梁的順序澆筑混凝土，在澆筑梁體混凝土之前可根椐受力需要，對吊桿進行初張拉，以使全橋受力更為合理、均勻，最后張拉系梁體外鋼束和體內鋼束。

4 無支架法施工勁性骨架系桿拱橋初探

梁部施工主要經過四個階段：1)系桿骨架架立；2)鋼管拱肋架設、壓注鋼管混凝土和安裝吊桿；3)外包梁體混凝土；4)施工橋面系。其中第一、二階段主要通過鋼結構的工廠加工、輕型、易安裝特性形成簡易鋼結構系桿拱橋，后兩階段通過壓注和外包混凝土提高結構剛度、強度，以達到使用性能。因此橋梁設計、施工的核心和關鍵在于以下兩個方面：1)整個結構體系的轉換過程中骨架是否能起到支撐和自身穩定作用；2)如何消除成橋后混凝土材料收縮徐變受鋼結構約束產生的拉應力。為了研究骨架在整個施工過程和運營階段是否滿足需求，根據構造建立了全橋模型并模擬了各施工階段，其計算結果如表1所示。

通過分析表1：在形成簡易鋼系桿拱橋之前系桿骨架的最大應力為129 MPa，最小應力為-165 MPa；最大位移為341 mm；拱肋的最大應力為41 MPa，最小應力為-47 MPa；最大位移為103 mm；在外包混凝土階段系桿骨架的最大應力為167 MPa,最小應力為-81 MPa；最大位移為281 mm；拱肋的最大應力為104 MPa，最小應力為-195 MPa；最大位移為254 mm。因此整個施工階段均在材料的容許范圍之內。

表1 橋梁施工階段計算結果表

鋼—混凝土兩種不同介質的材料組合成混合截面后，混凝土材料隨時間將發生收縮和徐變，相當于混凝土材料部分降溫，也相當于鋼結構材料部分進行升溫，這樣將會在混凝土部分和鋼梁部分之間產生交互作用力，使得混凝土處于受拉狀態，鋼梁處于受壓狀態。

收縮和徐變的發生對梁體將產生不利的影響，圖3列出了在完成了二期恒載后，并進行吊索第二次張拉調整索力時的梁體應力狀態，梁體全斷面處于受壓狀態，圖4列出了成橋3年后梁體混凝土應力狀態，梁體混凝土處于全斷面較小壓應力狀態。

通過比較分析，收縮和徐變產生梁體混凝土拉應力約為2.2 MPa。收縮和徐變是混凝土材料的自身特性，為了消除其對結構的影響，擬通過結構及外部措施抵抗收縮和徐變產生梁體混凝土拉應力。方案一：通過在梁體混凝土澆筑前，為拱肋配增適當的重量，以增大梁體鋼結構的拉力，在澆筑梁體混凝土后釋放拱

肋配重，使梁體混凝土得到適當的預壓力，詳見圖5；方案二：在梁體內增設適量的預應力鋼束，使梁體混凝土在運營階段處于受壓狀態。方案一的實施是在不增加工程量的情況下進行的，并在不改變拱肋和梁體鋼結構尺寸的情況下，可為梁體提供一定量的壓力(提供的量有限)，方案二是在增加鋼絞線的工程數量條件下進行的。通過計算分析，在單線條件下，方案一的采取可以使結構受力處于規范的限制內，在雙線條件下，由于活載使梁體產生的拉應力較大，僅采用方案一措施不足以滿足規范要求，需同時采用方案一和方案二。通過上述方法可以較好地克服混凝土收縮和徐變給結構帶來的不利影響。

當然消除非收縮和徐變產生梁體混凝土拉應力的方法還很多，例如：混凝土澆筑順序的優化、梁體混凝土采用微膨脹混凝土等，在這里就不一一論述。

5 結語

1)各階段計算分析表明,無支架法施工勁性骨架系桿拱橋在整個施工過程中結構均處于安全可控狀態，可成為在復雜地質、交通等外部控制因素較多的條件下建橋的一種新型橋梁解決方案。2)鋼混組合系桿拱橋，由于混凝土自身的收縮和徐變產生對結構的不利影響，通過對拱肋進行配重(施加免費預應力)和配置少量的系梁預應力鋼束即可使混凝土材料處于較合理壓應力水平，滿足運營階段要求。

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[7] 徐占發.鋼結構與組合結構[M].北京:人民交通出版社,2008.

Discussion on the tied arch bridge of SRC cross section stiff skeleton

Luo Shi Wang Weijia Mao Liang

(ChengduSurveyandDesignInstituteLimitedLiabilityCompany,ChinaRailwaySecondInstitute,Chengdu610081,China)

Combining with the Meixi river extra-large bridge engineering as an example, this paper researched the feasibility of non-support method construction of stiff skeleton tied arch bridge, through the calculation of skeleton, arch rib deformation and stress state, analyzed the structure stress situation of tied arch bridge, pointed out that made additional weight to arch rib and set up small amount of pre-stressed steel beam could eliminate the adverse influence of concrete shrinkage and creep to structure.

SRC beam, stiff skeleton, tied arch bridge, stress

1009-6825(2016)13-0179-02

2016-02-24

羅 實(1977- )，男，工程師； 王微嘉(1972- )，男，高級工程師； 毛 亮(1969- )，男，高級工程師

U448.22

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