基于有限元模擬分析拱橋上部結構橋道梁施工

彭 藩 國

(浙江泛海交通工程有限公司，浙江 杭州 310000)

基于有限元模擬分析拱橋上部結構橋道梁施工

彭 藩 國

(浙江泛海交通工程有限公司，浙江 杭州 310000)

橋梁的上部結構橋道梁施工是橋梁施工的重要組成部分，施工前的支架模板設計關系到橋梁上部結構的安全性、穩定性和服役效能的發揮。基于有限元模擬分析上部結構橋道梁支架及模板設計的安全性，并對上部結構有關的施工技術進行了介紹，為其他類似工程提供參考。

橋道梁施工，上部結構，有限元模擬

1 工程概況

敘永(震東)至古藺(二郎)高速公路螺絲寨特大橋位于四川省瀘州市敘永縣震東鄉永興一組境內，該橋區跨越沖溝及敘永～S309道路，橋區有螺絲寨煤礦。12號交界墩柱采用雙柱薄壁墩，單個空心墩柱橫橋向寬4.0 m，縱橋向頂寬4.5 m，空心柱薄壁厚為50 cm，縱橋向按60∶1的比例向下變寬。基礎采用承臺群樁基礎，12號交界墩承臺厚3.5 m，每幅平面尺寸14.4 m×8.0 m，其下為8根直徑1.8 m的鉆孔灌注樁。13號橋臺為輕型結構，拱橋直接支撐在承臺上，承臺厚3.5 m，上設2 m厚背墻，其下為8根直徑1.5 m的鉆孔灌注樁。上部結構采用鋼管混凝土下承式梁拱組合橋，主橋斜向計算跨徑134 m，計算矢高33.5 m，拱軸系數2.0，計算矢跨比1∶4，如圖1所示。

本橋采用無推力系桿拱橋，拱肋水平推力主要靠橋道縱梁預應力系桿平衡。兩端錨具設置有可能適應變位和調節長度的球形墊板和螺母。橋道系為雙縱肋式，肋橫向中心間距12.8 m(同吊桿)?，F澆段；箱梁頂寬12.10 m，底寬7 m，箱梁兩側翼緣長2.55 m，兩橫隔板間頂板厚0.28 m，箱梁底板厚1.269 m～0.3 m漸變，腹板厚0.7 m～0.5 m漸變。

2 橋道梁支架系統計算

2.1 現澆橋道梁支架形式

橋道梁支架采用鋼立柱臨時支墩形式，12號墩交界位置預埋牛腿作為支點，其他基礎采用鉆孔灌注樁φ80 cm×1 500 cm嵌入鋼筋混凝土1.5 m×1.5 m承臺。鋼立柱[1]采用φ720×10 mm的Q235螺旋鋼管作為主支撐體系，縱橋向12排，橫橋向分3排(單幅橋)，全橋共計68根鋼立柱。鋼立柱支架設置16槽鋼做成桁架把相鄰兩排鋼管連接成整體增加整體穩定性，槽鋼與鋼管立柱進行現場焊接。

2.2 橋道梁上部支撐

橋道梁支架上部構造主要指的是現橋道梁模板的支撐系統，由橫梁、貝雷縱梁和分配梁組成?？v向主梁采用貝雷梁，橫橋向采用90°支架連接。貝雷梁根據受力計算均需采用標準加強弦桿加強，在鋼管樁頂位置需設加強豎桿，加強豎桿采用雙肢Ⅰ10型鋼，如圖2所示。

2.3 橋道梁支架系統計算

2.3.1 計算荷載標準

所用鋼材：Q235B，用于支架鋼管樁、支架稱重量、橫向分配梁，貝雷梁：16Mn。荷載標準及組合見表1。

表1 荷載標準及組合

2.3.2 計算工況

根據現場施工時間情況及工序對車道梁現澆支架按以下幾種工況[2,3]進行計算：

工況一：貝雷梁自重+混凝土第一次澆筑荷載+臨時荷載計算。

工況二：工況一組合荷載+混凝土第二次澆筑荷載。

工況三：工況二、三組合荷載+混凝土第四次澆筑荷載(合龍段)。

工況四：工況一、二、三組合荷載+混凝土第四次澆筑荷載(合龍段)。

工況五：工況一～四組合荷載+拱肋自重+拱肋安裝支架。

2.3.3 計算模型

為驗算橋道梁現澆支架各構件內力和變形是否滿足要求，根據現澆支架設計圖紙使用midas Civil2012 建立有限元模型，全部單位采用梁單元、桁架單元模擬，共計12 231個節點，桁架單元7 247、梁單元16 444；模型所選用的材料大多為Q235鋼材，鋼管、工字鋼、槽鋼、貝雷梁支撐架、貝雷梁材質均為16Mn鋼材，根據支架系統各截面特點選用了不同的截面，模擬了相應的連接件和邊界條件以確保模型準確性。

2.3.4 不同工況橋道梁現澆支架模型計算

支架系統主要由4種材料構成：Q235(鋼管樁、工字鋼、槽鋼、支撐架)，16Mn(貝雷梁)，因此驗算其強度及變形，現澆支架模擬計算見圖3。

計算不同工況下現澆支架整體撓度，計算值如表2所示。

表2 不同工況現澆支架整體撓度 mm

根據模擬分析得出支架的搭設在滿足合理經濟性同時滿足設計規范要求，避免了因方案設計而帶來的安全隱患。

2.3.5 現澆支架整體穩定性分析

驗算φ720×10 mm鋼管，最大軸力145 t，最大自由長度取10 m，驗算時取1.2的安全系數[1,4]。

鋼管壓縮變形計算(取受力最大鋼管長度)：

支架整體屈曲穩定系數為4.2>4，滿足要求。

3 橋道梁施工

3.1 橋道梁澆筑前期準備

橋道梁模板主要采用鋼模板和木模板的組合形式進行安裝[4]，在底模鋪設完成后，重新標定橋梁中心軸線，對車道梁的平面位置進行放樣，在底模上標出側模、內腹模和鋼筋布置的位置。頂板底模安裝，在安裝前需利用鋼管腳手架預先搭設模板支撐，支架頂設可調高度頂托，堵頭模板因有鋼筋及預應力管道孔眼，模板采用鋼模。

在梁端與橫梁位置預應力錨頭位置的模板和支座處模板，按設計要求和支座形狀做成規定的角度與形狀，保證錨頭位置混凝土面與該處鋼絞線的切線垂直。橋道梁上設置了眾多的預埋件，澆筑前要仔細核對圖紙，注意支座預埋鋼板、拱腳鋼構件、預應力設備、泄水孔等預埋件的埋置，千萬不可遺漏，預埋時注意各預埋件的尺寸和位置。

3.2 橋道梁混凝土澆筑施工

根據總體施工組織安排，總長度為141 m，共分3次澆筑。預留2段2 m接頭，第一次澆筑46 m，第二次澆筑46 m，第三次澆筑45 m。梁段混凝土分3次澆筑完成，混凝土澆筑采用泵送。首先澆筑梁兩端腹板，澆筑至頂板倒角位置，頂板一次澆筑完成。為了確保梁體的外觀質量，豎直方向上腹板先澆筑，混凝土澆至頂板倒角處，頂板再進行澆筑。

3.3 橋道梁預應力施工

預應力工程[5]作為現澆橋道梁的重中之重，從預留孔道的布設、錨墊板的安裝、錨下混凝土的振搗以及張拉和壓漿操作均不容忽視。一旦某一環節出現問題，就會造成質量問題。預應力工程分孔道成型、下料束、穿索、張拉和壓漿、封錨六個步驟。

4 結論

所建模型與實際情況基本一致。通過有限元對實際荷載的模擬可計算不同工況下分配梁、貝雷梁、臨時支墩能否滿足要求，計算支架的整體穩定性也滿足規范要求。證實支架方案設計的合理性，避免了工程在施工過程中因設計存在缺陷所帶來的安全隱患，也為橋梁工程質量的提升和企業經濟效益的增加做出更大效益。

[1] GB 50017—2003，鋼結構設計規范[S].

[2] JTG D60—2004，公路橋涵設計通用規范[S].

[3] JTJ 025—86，公路橋涵鋼結構及木結構設計規范[S].

[4] JTG/T F50—2011，公路橋涵施工技術規范[S].

[5] JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

Construction of bridge beam of arch bridge superstructure based on finite element simulation

Peng Fanguo

(ZhejiangPanSeaTransportationEngineeringCo.,Ltd，Hangzhou310000,China)

The construction of bridge girder is an important part of bridge construction. The design of bracket before construction is related to the safety, stability and service effectiveness of bridge superstructure. Based on the finite element simulation, the safety of the bridge structure and the design of the bridge structure is analyzed, and the construction technology of the superstructure is introduced.

bridge beam construction, superstructure, finite element simulation

1009-6825(2017)20-0178-03

2017-04-19

彭藩國(1989- )，男，助理工程師

O241.82

A