混凝土拱桥箱型截面现浇拱圈支架的计算方法

杨剑锋

前言

拱桥是我国桥梁建筑史上的重要成果，拱桥在我国具有悠久的历史。在现代桥梁建筑中，拱桥的应用技术依然是桥梁建筑的重点技术之一。在近年新建的桥梁中，混凝土拱桥箱型截面现浇筑拱圈的浇筑是一项技术难点，在实际施工中，确定结构，选择分环分段的方法不仅可以节约大量成本，而且还可以保证桥梁的稳定性，提高安全系数。在整个施工环节内，对混凝土拱桥箱型截面现浇拱圈支架的计算方法尤为重要，计算精准有利于保证拱桥的安全成型和设计要求，保证拱桥的内力结构设计。

一、施工方案的设计思路

混凝土拱桥箱型截面现浇拱圈支架的总体设计要遵循施工方的具体器材而定，一般都是由铁路军用器材或者常备的万能杆件拼装组成的现浇支架主体，采用万能杆件组拼支架，通过碗扣式支架建立起具有拱弧设计的卸落装置，在中间采用墩组支撑，在支墩之间设计万能杆件，形成具有梁柱式结构的现浇支架。在設计施工中，一定要考虑支架所处的地质结构，支墩和柱的布置方式，要根据高度和位置有一定的设计差异，使配套器材能够形成横向的连接，这样就会增加支架的受力承载，整个支架就容易保持稳定的支撑。在混凝土拱桥的整个设计中，支墩构造、梁部构造、水平力分析、计算方式等，都是必然要考虑的问题，特别是在支架变形等特殊条件下，应该积极采用新技术和新材料进行补救，避免出现因施工环境带来的危害。

二、支架构造主要类型及计算分析方式

1、支墩的构造与计算方法。支墩是支架构造的基础，整个支架需要根据设计确定支墩的数量，采用跨中的对称设计，支墩与柱之间需要掌握平衡，从纵向与横向的关系进行考虑，每个柱之间可以水平连接，能够承受竖向负载或者水平荷载。在这个环节要注意整个受力空间的要求，支墩与梁之间要求高度的稳定性，各个节点在连接处能够紧密连接，这样就能更好的承受拉力或者压力。

桩基承载力计算

单桩设计承载力：

灌注桩：Rd≤0.60fcAp=0.6×16.7×106×3.14×0.42=2893.8kN

Quk=Qsk+Qpk=3.14×0.42×200+3.14×0.8×（120×2+220×3+80×3）=2962kN

Ra=Quk/2=2962/2=1481kN

2、梁部构造与计算方法。梁部构造是混凝土拱桥现浇拱圈支架中的重点部位，梁部主要承载的力量主要来源于碗扣式支架，承受的力量是拱圈的自身重量和施工过程中的相关设备的负载。一般在施工中为了更好的掌握受力均匀，梁都会设置与支墩之间，确定好跨度和布置方向，连接的钢枕和方木需要在规格上严格控制，基本构造要掌握好各个部分的传递特点。

横梁强度计算。横梁为10×10cm方木，跨径为0.6m，中对中间距为0.3m。

横梁弯拉应力满足要求。横梁挠度：f=5qL4/384EI=（5×8.97×0.64）/（384×11×103×8.33×10-6）=

0.17mm

纵梁强度计算

纵梁为10×15cm方木，跨径为0.9m，间距为0.6m。

横梁施加在纵梁上的均布荷载为：0.135÷0.9=0.15KN/m

跨中最大弯矩：M=qL2/8+g L2/8=12.02×52/8+0.4347×52/8=38.92KN·m

横梁挠度：f=1.146FL3/100EI =（1.146×31.14×0.33）/（100×2.1×105×0.8662×10-5）=0.0053mm

3、万能杆支架构造与计算方法。万能杆件支架构造中，采用的万能杆件的组拼支架，拱桥的脚部一般水平力较大，经过计算后多数采用抵抗水平力较强的结构类型，支架与拱角采用的零件需要进行焊接，与支墩之间要从竖向方向进行连接，使焊件能够有效连接，这样焊接结构就会具有强力的承载力，有利于支架构造的整体稳定。

立杆承重计算

碗扣支架立杆设计承重为：30KN/根。

每根立杆承受钢筋砼、模板及方木重量：

N1=0.6×0.9×40.9=22.1KN

支架自重：立杆单位重：0.06KN/m，横杆单位重：0.04KN/m

N2=6×0.06+6×（0.9+0.6）×0.04=0.72KN

每根立杆总承重：

N=N1+N2 =22.82KN<30KN

4、碗扣式支架构造与算法。拱桥的特点就是具有弧线变化，实现弧线变化的设计主要依靠于碗扣式支架构造，碗扣式结构可以调节高度，形成支架的拱盔。碗扣式支架构造需要根据梁顶和拱圈内弧的高度确定。

碗扣式支架验算

主桥主拱圈拱轴线形为悬链线，m=2.5，矢跨比1/5，拱圈跨径60m，矢高12m，对拱顶处支架进行检算。底模强度计算。箱梁底模采用高强度竹胶板，板厚t=15mm，竹胶板方木背肋间距为300mm，所以验算模板强度采用宽为b=30mm平面竹胶板。

5、施工预拱度的控制和计算。在混凝土拱桥箱型截面现浇拱圈支架的整体设计中，需要预防的主要问题就是支架的变形，为了规避这方面的矛盾，需要监理施工预拱度设计，施工预拱度的设计包括支架的弹性变形或者非弹性变形，预拱度的设计，从设计立模标高开始，各个结构之间要进行基础数据的计算，根据实测的结果进行施工环节的分类进行。拱桥的设计施工需要精确的数据与结构相对接，否则就容易发展结构上的问题，形成拱桥长期服务的危害。

腹拱拱轴线形为圆弧线，圆弧半径为8.85m，腹拱计算跨度为16.7m，矢高为5.94m，对拱顶处支架进行检算。

对应不同的拱桥形式，所采用的支架形式也不同，采取的验算内容也不同。只要尽可能详细的计算各部分的受力情况，符合材料的受力额度就能满足施工安全，保证施工质量。

结语

桥梁是交通的纽带，桥梁建设不仅要体现出其应用性，还要体现出其美观性。对于现代桥梁的建设而言，实用性与美观性已经成了桥梁建设的标准化要求。拱桥的建设具有一定的难度，拱桥建设中，拱桥的基本特点就决定了拱桥建造需要进行细致的计算，特别是对拱桥箱型截面现浇拱圈支架计算的方法，是拱桥保证安全稳定与结构合理性的重要指标。只有在计算准确的前提下，才能够优化拱桥设计方案，提高混凝土耐久性和跨越能力，保证拱桥的施工建设与投入使用，都能够达到标准化要求。

（作者单位：中铁二十局集团第四工程有限公司）