中承式斜跨拱桥钢拱支架体系受力分析研究

闫海伦

摘要：本项目根据现场支撑体系实际布跨情况，优选出合理的支架布置形式，通过有限元模拟软件Midas Civil 2019进行三维受力及变形分析，确保了支架体系的可行性，同时通过有限元模拟软件对施工阶段结构和成桥后使用阶段结构进行了验算分析，保障了其使用阶段的安全性及稳定性，对类似工程具有一定指导意义。

关键词：中承式；斜跨拱桥；钢结构；支架；模拟

1 引言

本桥上跨快速路主线，拱肋斜跨过主梁，吊索采用空间索面，各吊索与桥面均有倾角吊索在顺桥形成一个扭转面，立体感强，由于拱肋斜跨过主梁。因此，安装过程中支架体系的稳定性起到关键性作用，保证了拱桥的整体线型及施工稳定性，大大提高了施工安全性。

2 工程概况

本桥位于安徽省合肥市庐江县白山镇新庄村，桥梁跨径组合1×64m，桥梁全长70.0m，桥宽11.76m。拱肋为单箱单室截面，宽1.82m，高3.6m，板厚16mm。

3 拱支架设计

（1）拱节段划分及支架位置

拱肋跨径总长60米，分为7个节段，每个节段长度7~10m，设置6排支架，拱肋支架的位置如下图所示。

图1 主梁节段划分及支架位置图（单位：mm）

（2）单组支架构成

单组钢桁支架的立柱采用4根φ420x8mm圆钢管，纵桥向设置2根，间距为1.6m；横桥向设置2根，间距d依次为（3.64m、4.21m、3.43m、3.43m、4.21m、3.64m）。相邻钢管间横撑采用水平加劲杆采用14#工字钢，斜拉撑采用10#槽钢。竖向间距为3.0m。圆钢管支架顶横桥向设置两道长6m的2x32#工字钢，支架基础为400mm高的C30砼条形基础，基础顶部设置600mm*600mm*16mm预埋件与支架立柱底板焊接连接，钢材材质均为Q235钢。

4 拱模型建立

（1）模型概况

采用MIDAS/Civil 2019建立拱及支架结构模型。拱采用箱型结构，靠近拱脚5m范围内，拱箱板厚16mm，其余部分拱箱板厚20mm。

（2）荷载设置

拱肋支架承受的荷载主要包括箱型拱肋、隔板以及支架自身的重力。其中隔板以点荷载的形式施加在相应位置，非吊点位置的隔板荷载为8.9KN，吊点位置的隔板荷载为16.3KN。

（3）施工阶段划分

支架验算主要考虑5个施工阶段，包括支架安装、节段A、G施工、节段B、F施工、节段C、E施工、节段D施工。

5 支架结构强度验算

在恒载作用下，拱支架及拱节段安装阶段的单元应力如下图所示：

图2 拱支架及拱节段安装阶段的单元最大应力图（单位：MPa）

（1）各施工阶段

由上图可以看出，在支架安装阶段，拱支架单元的最大应力为4.8MPa；在拱A、G节段安装阶段，拱支架单元的最大应力为9.7MPa；在拱B、F节段安装阶段，拱支架单元的最大应力为12.5MPa；在拱C、E节段安装阶段，拱支架单元的最大应力为18.8MPa；在拱D节段安装阶段，拱支架单元的最大应力为18.4MPa，均小于Q235钢允许应力值215 MPa，满足规范要求。

（2）基本组合值下各阶段的强度验算

基本组合下，恒载考虑1.2倍组合值系数，各阶段支架结构最大应力验算结果分别是支架安装5.8MPa、节段A、G11.6MPa、节段B、F15.0MPa、节段C、E22.6MPa、节段D22.1MPa，均小于Q235钢允许应力值215 MPa，满足规范要求。

6 稳定性验算

（1）拱各施工阶段支架轴力

各施工阶段支架圆管最大轴力如图5（1）-（5），基本组合下，恒载考虑1.2倍系数，其支架最大轴力分别是支架安装35.5KN、节段A、G104.2KN、节段B、F135.0KN、节段C、147.6KN、节段D137.5KN。

图4 各施工时轴力（单位：KN）

（2）各施工阶段稳定性验算

支架圆管采用φ420x8mm钢管，最大受压高度为3.0m，按两端铰接结构形式计算。横截面积 ,截面惯性矩 ,回转半径 ，长细比取较大值 ，长细比折减系数 。各阶段的稳定性验算结果分别是支架安装35.5KN、节段A、G104.2KN、节段B、F135.0KN、节段C、147.6KN、节段D137.5KN。均小于Q235钢容许轴力2181.8KN，满足规范要求。

7 结论

斜跨拱桥拱支架的既定设计方案在结构自重等恒载作用下，主梁和拱肋架设的各个施工阶段满足强度以及稳定性的要求。

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