高墩大跨度系杆拱桥设计与施工

高墩大跨度系杆拱桥设计与施工

1承式系杆系杆拱设计湖南省湘潭至雷阳高速公路第五合同k6680石湾中学线、线下通过分离桥：采用19.21和33.785和19.91m钢筋混凝土横截面，全长78.208m，宽4.20.5m（防护栏杆）。主拱圈按50cm厚等截面悬链线设计,拱抽系数m=2.4,矢高3.256m,计算矢跨比1/10;付拱由半个中拱旋转0.50595°再加长3m形成。见图1。2施工的关键技术悬链线上承式系杆拱桥采用木支架施工的关键技术在于:木拱架的设计和施工、拱圈线型控制和拱圈砼浇筑。3木制框架和框架设计该桥支架采用满布式木拱架,分上、下两部分,上部为拱架,下部为木支架,见图2。3.1矩形木制作该桥采用排架式木拱架,见图3。弓形木由12×16cm方木刨制成端部为12×12cm的弧形木。经计算,选定间距为90cm,拱片间距为95cm。3.1.1内、外弧截面高度根据悬链线方程y=f(chkξ-1)/(m-1),套入相应的各设计参数,得出中拱内弧线和外弧线方程,每水平间距x=30cm一点,计算出各点的内、外弧线纵坐标值;付拱根据中拱的结果,旋转0.50595°,计算出付拱内、外弧线各点x、y坐标。内、外弧线y值之差即拱圈的截面高度。设计所给拱顶预拱度,按二次抛物线分配给各点,从而弓形木的弧线坐标即为各点拱圈内弧线坐标加上设计预拱度的分配值。3.1.2拱结构的设计计算3.1.2.弓形木梁传递荷载计算横梁荷载取值为21.8kPa(砼重量按拱圈截面最大高度55cm计算),横梁采用5×10cm方木(杉木),间距30cm,按受弯连续梁检算,拱架拱脚处横梁受力最大σw=7.8MPa<[σ]/1.2=7.9MPa,横梁传递给弓形木的集中荷载按简支梁算,最大值为p=3.4kN。3.1.2.sn、nn、k-风力r的切向力为计算偏于安全,假定按立柱间距90cm一个接点,用节点法分析各杆件内力,从拱顶节点开始,向拱脚节点进行,举一节点为例,见图4a。Nn.Nn+1——节间n及n+1拱块重力分解的正压力;Tn.Tn+1——节间n及n+1拱块的重力分解的切向力;Sn——上一节点合力R的切向分力;R——Nn/2、Nn+1/2、Tn、Sn的合力(Tn+1直接传至下一节点上);Sn+1——合力R在杆件n+1内的分力;SK——合力R在杆件k内的分力。弓形木n+1的轴向内力为Tn+1加上Sn+1,立柱k内力为SK,弓形木还受弯曲应力,计算简图见图4b。弓形木靠近拱脚处一节受力最大:ea=M/A+M/W=9.8MPa<[ea]/1.2=10MPa(计算采用12cm×12cm松木),立柱最大ea=2.2MPa<[ea]/2.0=4.75MPa,靠近拱脚节点处斜撑受力最大ea=1.6MPa<[ea]/2.0=4.75MPa,拉梁最大el=1.5MPa<[el]/2.0=3.25(10cm×12cm杉木),均满足设计规范要求。3.1.3弓形木、拉梁2拱架杆件的连接用夹板、螺栓连接,且立柱、斜撑嵌入弓形木和拉梁2cm,夹板采用8cm木板。拱片间横向连接:采用8cm×8cm横向方木,与弓形木、拉梁通过14mm螺栓连接,将拱片连接成整体。3.2支架立柱施工支架基础在路基上铺10cm厚沙子,再纵横放置两层厚为5cm木板,以保证支架整体沉降。支架荷载取22.7kPa,支架立柱安全系数取2.0,支架立柱轴线与拱架立柱轴线保持一致,所以支架立柱间距为0.9m×0.95m。选择不小于8mm的圆木(杉木),每竖向1.3m高设纵横向水平圆木,并设置剪刀撑。施工期间,为方便车辆行驶,在支架中间留3.9m宽过车洞,过车洞拱架下铺设15cm×22cm方木,间距32cm。支架施工预拱度经计算采用3.2cm。4拉紧架的生产、安装和拆卸4.1平后拱架制作平台在一块20m×6m的平整场地上,浇筑5cm厚砼,找平后作为拱架制作平台。在平台上,放出弓形木的弧线,再根据拱架设计图放出各杆件大样,量制各杆件并拼装成半片拱架。木支架搭设好后,定出拱架设计位置,用15t汽车吊将拱片安装就位。4.2浇筑东北部拱架在所有拱圈及拱上构造(立柱、桥面板)浇筑完毕且拱圈砼达到设计强度90%以上时,方可卸落。卸落采用5cm×5cm的对口木楔,由拱顶向拱脚对称卸落。5拱顶模型底模采用2cm木板上铺2mm钢板,侧模采用120cm×150cm大块钢模,从拱脚到拱顶搭设斜向脚手架,放置侧模。6主拱圈及拱顶位置该拱桥砼浇筑分三个阶段,第一阶段浇筑拱圈及拱上立柱柱脚,第二阶段浇筑拱上立柱和桥面板,第三阶段拆除拱架后浇筑桥面系。主拱圈分别在拱脚、1/4跨和拱顶处设5个间距隔槽,将拱圈分为4段,付拱在拱脚、拱顶处留2个间隔槽,分为2段,间隔槽设置在拱架节点处,宽90cm。主拱圈左右对称两段由拱脚向拱顶分层对称同时进行砼浇筑,在砼初凝前一次浇筑完。付拱拱圈由拱脚向拱顶一次浇筑完。间隔槽砼,在拱圈各段砼浇筑完成且砼强度达到设计强度70%后方能浇筑,先浇筑1/4跨后浇筑拱脚、拱顶间隔槽砼,砼需采用比设计高一标号的半干硬性砼,封拱温度按设计要求在15℃左右。7弓形木弧的测定拱圈的线型控制,主要是控制拱圈的标高。拱圈内弧线由弓形木弧线保证,外弧线的定测:从底模垂直向上量出各计算点的截面高度,在侧模上标出各点,连成线即为外弧线。主拱圈外弧线标高测量结果如表1,最大误差8mm。8钢架与钢支架经济比较8.1上承式系杆拱桥采用木拱架施工,结构简单、实用,价格低廉。使用前,分别对拟采取的几种方案进行经济比较:(1)以钢管架作为支架,拱架采用木拱架;(2)木支架,拱架采用钢木拱架即以工字钢梁代替弓形木,加大立柱间距。通过比较还是木支架、木拱架经济。经济比较结果如表2。8.2木材一定要采用符合规范选材标准的木材,严禁使用腐朽严重,裂口较大的木材。确保支架、拱