大跨度拱式管橋施工期拱架聯(lián)合受力分析

程明偉，吳 鴻

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司，貴陽 550001)

1 工程概況

某在建倒虹管以管橋形式跨越 “U”形峽谷，河谷寬約85m，深102m，兩岸為陡壁巖體，上部為緩坡平臺及斜坡，巖層傾角平緩，邊坡整體穩(wěn)定。倒虹管橋?yàn)橐蛔骺變艨鐬?08m的上承式鋼筋混凝土拱橋，凈矢高21.6m，主拱軸線為懸鏈線，拱軸系數(shù)1.832，拱座底高程1198.956m，起拱高程為1204.418m(詳見圖1)。拱圈采用C50鋼筋混凝土箱形拱，單箱雙室結(jié)構(gòu)，寬6.0m，高2.2m，拱箱頂?shù)装搴?0cm，邊腹板、中腹板厚30cm，橫隔板厚度25cm。

圖1 管橋橫斷面圖

C50鋼筋混凝土拱圈采用貝雷拱架現(xiàn)澆工藝施工，鋼桁架由加強(qiáng)型”321”貝雷片組成，順橋向桁片以折線形式連接模擬主拱圈的曲線，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長度12m(縱向由4片貝雷桁架片組成)，沿弧向共有9個標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段，縱斷面有貝雷桁片36片；拱架橫斷面寬度6.6m，橫向分為5組，每組2片貝雷片，通過橫聯(lián)花架和上下頂面的平聯(lián)連接起來，見圖2。

圖2 貝雷梁布置圖

2 監(jiān)控布置

為了測定和掌握臨時結(jié)構(gòu)鋼拱架在施工期的受力狀態(tài)，防止支架結(jié)構(gòu)在施工過程中局部出現(xiàn)應(yīng)力過大，進(jìn)而影響施工安全和形成工程隱患，實(shí)際實(shí)施過程中對構(gòu)件關(guān)鍵斷面受力進(jìn)行監(jiān)測，事先在被監(jiān)測斷面布設(shè)應(yīng)變計，跟蹤監(jiān)測拱圈澆筑施工過程中鋼拱架的應(yīng)力變化情況。

管橋拱架應(yīng)力監(jiān)測主要布置在拱腳、L/8、L/4、3L/8、拱頂?shù)瓤刂平孛嬉约敖?jīng)過結(jié) 構(gòu)計算最不利受力截面處上、下弦桿進(jìn)行布設(shè)，橫橋向按左、中、右進(jìn)行布設(shè)，安裝應(yīng) 變計時，盡可能對稱布置，以便利用對稱性進(jìn)行數(shù)據(jù)比較分析。

混凝土澆筑后，混凝土監(jiān)測斷面與鋼拱架位置相同分別布置在拱腳L/4、3L/8、拱頂截面。

圖3 監(jiān)測點(diǎn)布置圖

3 監(jiān)測結(jié)果及分析

拱圈采用分環(huán)分段澆筑，土分三環(huán)澆筑：第一環(huán)澆筑底板混凝土及 1/5 腹板混凝土，第二環(huán)澆筑剩余腹板和橫隔板混凝土，第三環(huán)澆筑頂板混凝土。第一環(huán)拱圈混凝土澆筑強(qiáng)度達(dá)到 90%以上后，再澆筑第二環(huán)拱圈混凝土，第二環(huán)拱圈混凝土澆筑強(qiáng)度達(dá)到 90%以上后，再澆筑第三環(huán)拱圈混凝土，每環(huán)澆筑混凝土量相差不大[1]。

主拱圈分為 5 個節(jié)段進(jìn)行澆筑，長度分 別為：19.5m、27m、26m、27m、19.5m，主拱圈底板混凝土澆筑順序?yàn)椋和綕仓M(jìn)、 出口拱腳 19.5m 段和拱頂26m段底板混凝土，最后同步澆筑進(jìn)、出口岸 拱腰27m 底板混凝土。拱圈混凝土澆筑完成各個斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1。

表1 拱圈澆筑過程中拱架各監(jiān)測斷面應(yīng)力統(tǒng)計表 MPa

表2 拱圈澆筑過程中拱架各監(jiān)測斷面豎向位移表 mm

從表1-表2中可以看出底板環(huán)澆筑完成后，腹板澆筑階段鋼拱架監(jiān)測截面應(yīng)力及位移增量遠(yuǎn)大于頂板澆筑階段，同時頂板澆筑完成后鋼拱架各個監(jiān)測截面應(yīng)力較設(shè)計計算值小，說明拱圈底板合攏后底板拱圈混凝土承擔(dān)了部分后續(xù)混凝土的重量[2]。

4 結(jié) 論

通過對某在建鋼筋混凝土拱式管橋施工過程中的檢測數(shù)據(jù)分析，結(jié)合理論計算得出結(jié)論，對于大跨度鋼筋混凝土拱式管橋，當(dāng)采用鋼拱架分環(huán)現(xiàn)澆工藝時，先期澆筑合攏的底板鋼筋混凝土與鋼拱架的聯(lián)合受力作用明顯，在以后鋼拱架設(shè)計過程中應(yīng)考慮鋼拱架與底板混凝土的聯(lián)合作用，可以節(jié)省鋼拱架用鋼量。