烏蘭木倫河3號橋支架體系強度與穩定性分析

劉祥 伍華剛 張智

摘要：文章采用Midas有限元軟件，對雙飛翼中承式復式鋼箱拱橋的支架體系進行驗證，在考慮超長跨越段、交叉段、風荷載等因素的作用下，從剛度、強度以及穩定性等方面對支架體系進行了分析。結果表明，烏蘭木倫河3號橋的支架體系具有較高的安全系數，可滿足正常施工的需求。

關鍵詞：Mdas;支架體系;強度;穩定性

中圖分類號：U443.2文獻標識碼：ADOI：10.13282/j.cnki.wccst.2021.01.001

文章編號：1673-4874（2021）01-0001-04

0引言

雙飛翼中承式復式鋼箱拱橋通過吊桿將外傾主拱與內傾副拱進行連接，造型新穎靈動，別具一格[1-2]。但除拱肋自身傾斜外，還存在著交叉段的情況，因此相對于常規纜索吊裝、轉體施工等方法，采用支架法進行拱肋安裝具有施工快、成本低、安全性高等優勢。支架體系的剛度、強度以及穩定性決定著施工過程的安全和質量[3-4]。本文以烏蘭木倫河3號橋為例，運用Midas有限元軟件對支架體系進行受力計算，通過對超長跨越段、交叉段以及百年一遇風荷載的計算[5-6]，論證支架法施工的安全性和可靠性，為該類型工程提供寶貴的經驗。

1工程概況

烏蘭木倫河3號橋是國內首座雙飛翼城市景觀特大橋梁，跨徑布置為（5+74+200+ 64+5）m，屬中承式復式鋼箱拱橋。鋼箱梁跨度為348m，橋面為1.68%的單向縱坡段，1.5%的雙向橫坡，高度為3.5m，變截面寬度為42～65m。主拱結構為飛翼式鋼箱拱，向道路中心線外傾17°，跨度為200m，截面高3m，寬4m，采用曲形曲做，面內矢高為75m。副拱結構為內傾式鋼箱拱，向道路中心線內傾45杜，兩側副拱跨度分別為326m、330m，標準段尺寸高寬均為2.0m，變截面段尺寸高為2.0～3.0m，寬為2.0～3.0m，面內矢高為35m。本橋設置23對吊桿，其中主拱與鋼箱梁間設置17對吊桿，主拱與副拱設置6對吊桿，橋面采用鋼-STC+SMA組合橋面結構。拱肋布置如下頁圖1所示。

2支架體系介紹

拱肋支架設計分為主拱支架、副拱支架、主副拱交叉段以及主副拱橫連四部分。因主、副拱設計存在交叉，部分鋼管立柱為主、副拱支架共用。由于副拱內傾，部分副拱支架需架立在鋼箱梁頂面。

每個拱肋節段前后端均由鋼管支架臨時墩進行支撐。非交叉段主副拱臨時墩橫橋向間距為6m，順橋向間距為3m，標準步距為4m，每4步距設置水平斜桿。交叉段支架隨拱肋具體形式而布置，每層均設置水平斜撐。部分主副拱支架間設置大橫連，共計16道。受施工現場條件影響，南北岸端部2～3節拱肋需整體吊裝，支架加強設計。

臨時墩立柱均采用529×9mm螺旋鋼管，橫桿及斜桿均采用180×5mm鋼管，橫聯上下弦桿采用鋼管273×6.5mm。主拱支架頂部設置雙拼63工字鋼，副拱支架頂部設置雙拼56工字鋼。鋼管支架基礎為樁基，樁基礎直徑為1.3m，混凝土強度為C30，鋼管埋入樁基2m。支架平面布置見圖2。

3支架體系受力分析

3.1材料屬性

根據設計圖紙，本橋主拱結構對稱，副拱結構雖不對稱，但非主控因素，因此只建立1/4主拱、副拱支架模型進行計算。采用Midas有限元軟件進行計算。支架全部采用Q235鋼材，采用容許應力法，[σ]=145MPa，[τ]=85MPa，各構件均采用梁單元建立。3.2邊界條件

邊界條件中支架立柱埋于樁基礎中，進行固結處理，約束所有平動和轉動;立柱與橫桿、斜桿均采用相貫線焊接，即剛接處理;立柱頂面和橫梁需焊接牢靠，采用剛性連接;主拱、副拱在支架上就位后，部分焊接固定在支架上，采用剛性連接。

3.3結構自重

結構自重中支架自重直接使用模型計算。為方便計算，主拱、副拱截面均采用標準截面，自重采取每節段添加修正荷載，保證每節段主拱、副拱重量總重不變。具體參數見表1～2。

3.4風荷載計算

根據《公路橋涵設計通用規范》（JTGD60-2015）4.3.8和《公路橋梁抗風設計規范》（JTGTD60-01- 2004）4.3相關要求，對主拱、副拱、支架管施加風荷載，最大風荷載按百年一遇考慮。

3.5荷載工況

在施工階段，支架基本只承受主拱自重、副拱自重、支架自重以及風荷載作用，為計算出支架強度、剛度及穩定性趨勢，荷載組合考慮三種工況如下：

（1）工況一：全部主拱自重+全部副拱自重+支架自重。

（2）工況二：全部主拱自重+全部副拱自重+支架自重+50%（百年一遇風荷載）。

（3）工況三：全部主拱自重+全部副拱自重+支架自重+100%（百年一遇風荷載）。

3.6模型建立

采用Midas有限元軟件建立計算模型，各桿件均用梁單元模擬（見圖3）。

3.7計算結果

由于支架支點間距小，主拱、副拱自身結構強大，可以判斷其無需驗算，因此只對支架進行驗算，見表3。

3.8計算結論

綜合以上計算，該支架結構剛度、強度及穩定性滿足要求。

4跨越段支架受力分析

副拱跨越段最大長度及重量為T1+T2+T3整體吊裝時，以此建立相應模型，采用Midas有限元軟件進行計算。材料屬性、邊界條件、結構自重以及風荷載均與支架體系受力分析中一致，建立模型如圖4 所示，計算結果匯總見表4。

綜合以上計算，跨越段支架結構剛度、強度及穩定性滿足要求。

5結語

本文以烏蘭木倫河三號橋支架體系為例，介紹了雙飛翼中承式復式鋼箱拱橋的支架計算，得出以下結論：

（1）運用有限元軟件對支架體系進行受力分析，考慮支架自重、拱肋自重以及風荷載作用，支架體系的剛度、強度及穩定性均滿足要求。

（2）運用有限元軟件對跨越段支架體系進行受力分析，考慮支架自重、拱肋自重以及風荷載作用，跨越段支架體系的剛度、強度及穩定性均滿足要求。

參考文獻

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