石拱连续刚构桥主桥总体设计

石拱连续刚构桥主桥总体设计

1主拱架、主桥台支撑设计焦焦公路上的丹河大桥桥的交叉口结构为2.30m。146米。5.30米，宽24.2m，高81.0m，全长213.17米。这是目前世界上最长的石拱桥。该桥主桥净跨146m,净矢高f0=32.44m,矢跨比f0/L0=1/4.5;主拱圈采用全空腹式变截面悬链线无铰板拱,拱轴系数m=2.30,变后系数n=0.5225,拱顶厚度Hd=250cm,拱脚厚度Hi=350cm;主桥台采用石砌重力式台,明挖扩大基础,桥台顶部设单向推力墩,墩宽8.0m。本桥支撑设计的难点:一是主孔跨径及荷载等级与原有同类桥梁相比都有较大突破,许多指标现行规范未作规定。二是高度81m的主拱架施工异常艰难,国内罕见。三是工程规模宏大,而拱架施工工期仅为6个月,技术攻关时间紧迫。2式结设计2.1桥桥结合支护经多方研究论证,本桥决定采用钢木结合的支撑结构,木结构高度控制在6.0m以内。拱架由钢支架与木拱盔两大部分组成,采用万能杆件、军用墩和木料拼装。桥的纵向为9排立柱,断面2.0m×2.0m,净间距16.0m;桥的横向为5排立柱,断面2.0m×2.0m,净间距2.6m。共计45个立柱,纵横向在一定的高度相连。考虑到丹河季节性径流和大气降水量影响较大,将拱架基础设计为25#钢筋砼,底部埋设传感器,以测其应力值。拱架所需工程材料如下:万能杆件4409.64t(含螺栓443.04t);军用墩274.91t(含83式和65式);木料4300m3;木拱盔联结构件252.53t。2.2主拱圈体系转换钢支架所需万能杆件和军用墩,可在市场上成组租用或在工厂批量加工。因其单件重量轻,同号构件可以更换使用,所以拼组时相当方便。用万能杆件拼组支架,大致分为桁梁和塔架两类,前者多平放、斜放,后者常竖向直立,它们都是空间结构。为了便于分析,可将其分解为主桁梁、纵向联结系、横向联结系3种平面结构。将主拱架顺桥方向的结构定为主桁梁,将整个空间结构简化成10片相同的平面桁架结构,其中每2片按照承受节点荷载的平面桁架结构。在计算中建立与实际单片较为相符的力学模型,用Super.SAP空间结构分析软件模拟主拱圈施工中受力体系转换进行计算,计算过程中将钢支架视作铰接。钢支架的两边跨支座有两个支点,并且1#、9#靠近桥台,如果全部设计为铰支座,在砌拱过程中,边跨产生的变形(竖向位移)会使支架处于悬臂状态,这时前方支座将产生较大的反力(压力),后方则产生拉力,为了保证其稳定性,后方必须设置锚杆。但考虑锚杆与支座钢板不好连接,而且在砌拱过程中,随着变形增加容易拉断,所以决定在前方采用滑板式橡胶支座来释放部分压力,并将后支座放松,使之不产生拉力,从而有效地改善了该处的复杂化受力状态。2.3钢支架木排拱度设计公路桥涵《施工手册》规定一般石拱桥拱顶预留拱度的经验值为跨径的1/400～1/800,再参考三峡工程某拱桥经验(军用梁钢支架木排拱盔),本桥拱顶预留拱度采用28cm,约为跨径的1/520。施工中设置预拱度时,应按在拱顶处为全部变形值,在拱脚处为零值设置。由于拱圈宽度较大,为防止成桥后两头高,中间低的现象和消除不良视觉,决定设置横向预加拱度,在拱顶处为0cm～8cm,即正拱顶为36cm,拱顶上下游为28cm,其余纵、横向各点按二次抛物线分配,实际设置的拱腹线为一条折线。2.4由钢支架与木拱强化施工所出的挑战常用的落拱设备有:木楔、砂筒、螺旋千斤顶、硫磺砂胶砼等几种,其中,砂筒制作简单,但落拱不易控制;螺旋千斤顶落拱时易控制,但较笨重,且造价高:硫磺砂胶砼制作复杂,成本大。通过论证比较,决定选用木楔来做为落拱设备,其优点是经济、简单、可再利用,落梁时易控制。每个支架顶节点各设两个木楔,由钢支架受力计算中可知,除边节点外,每节点受力均为30t,每个木楔受力为15t。据此决定采用硬杂木制作,通过压力机试验,确定其断面尺寸,然后进行加工。卸落拱架时,考虑落架过程中钢拱架及木拱盔的弹性反弹影响,只有当达到一定的卸落量时,拱架才能脱离拱体,拱顶所需卸落量应为拱体弹性下沉量及拱架弹性回升量之和,拱顶两边各点的卸落量可按二次抛物线分配,拱脚处为零,这样考虑其卸落量的大小,设置3种不同的木楔:两种组合木楔和一种简易木楔,其中组合木楔的拉紧螺栓决定采用Φ26的圆钢制作。落拱时为使拱体逐渐均匀地降落和受力,各点卸落量应分为几次和几个循环逐步完成,各次和各循环之间应有一定的间歇,间歇过程应将松动的卸落设备顶紧,使拱体落实。落架时从拱顶开始分别对称地向拱脚进行,尽量使两边同步。荷载工况:首先第一环,共分10段,336路拱石11道空缝,空缝采用扁铁支顶,拱架承担本阶段钢支架、木拱盔及第一环拱石的全部重量。由于空缝内有扁铁支顶,实际上第一环主拱圈轴力已经发生传递,只是空缝处能适应在施工过程中因钢支架与木拱盔的弹性与非弹性所引起的主拱圈变形。因此,以第一环不合拢模拟钢拱架受力状况较能符合工程实际,按这种模拟所得出的钢支架各杆件的应力为Ni1,各主要控制断面的挠度值为Si1。第二环砌筑在第一环合拢的基础上进行,此时仅考虑第二环拱石的自重作用,取消第一环拱石及钢支架与木拱盔的自重,刚度仍按实际模拟。这时第二环重力引起的钢支架各杆件的应力增量为ΔNi2,第二环合拢后钢拱架各杆件的应力值Ni2=Ni1+ΔNi2,第二环拱圈重量引起各主要控制断面的挠度增量为△Si2,第二环合拢后主要控制断面的挠度值Si2=Si1+ΔSi2。同样,依次类推,分别计算出主要杆件的应力值及主要控制断面的挠度值。木拱盔为简支斜梁体系,采用木排架(4m～6m)、弓形木(200cm×260cm)和木模板(δ=6cm)纵横搭接而成,承受拱圈砌体重量,施工荷载与自重。首先,根据已确定的预设拱度、横板厚度及拱腹设计标高计算出每2.0m处各排架的高度,进行预制。各排架高度如图1所示。模板按简支梁计算需要6cm厚,最小不低于5cm,弓形木按简支斜梁计算需260cm×200cm的正截面,每排需42根,净间距43cm,搭接在上帽木上。由于拱架的弹性变形和非弹性变形产生的垂直位移,故接头处在1/4L以下要隔一紧一,在弓形木闭合后要留有变形余地,否则会产生扭曲。考虑竖向力,木排架的帽木按连续梁、立柱按中心受压;考虑横向力,木排架设纵、横夹木及水平顶木,并将水平推力传给钢支架。为防止木排架在砌拱过程中失稳,设置东西闭合的纵向W斜顶木,每单片排架不少于2根。在施工过程中,木拱盔要满足“准确、稳固、压紧”等3项要求。准确:拱轴线要符合设计要求,需进行精测细量。稳固:保证各部分强度;保证整个拱盔纵向与横向稳定;保证整个拱盔不变形,不摇晃。压紧:自上而下各部分间紧密压实,尽量减少非弹性压缩变形。4及时收集和并进行主体结构的设计丹河特大桥的施工实