用于临时系杆张拉的钢锚梁设计

田萌，石少华，申庆灿

（1.核工业西南勘察设计研究院有限公司，成都610052；2.中铁二院工程集团有限责任公司，成都610083）

1 工程概况

本桥为组合体系桥梁，因通航需要，主拱及西边拱均为通航孔。中通航孔孔跨为75m+206m+75m，其中，主桥为飞雁式钢管混凝土柔性系杆拱；西通航孔采用60m+26m 预应力混凝土T 型刚构+75m 钢筋混凝土箱型肋拱。主拱采用4 根主管的钢管混凝土桁式结构，单个拱肋采用4 根φ800mm×14mm 的Q345C 钢管，采用缆索吊装法施工；边拱采用钢筋混凝土箱型肋拱，肋间设置钢筋混凝土横撑，边拱采用支架法施工；采用环氧喷涂钢铰线作为柔性系杆，以消除边拱不平衡推力[1]。

本桥施工过程中，恰逢百年一遇洪水，上游某处山体滑坡和某木材厂大量树木被冲至桥位处，在施工支架处堆积，因堆积体体量过大（约5000m2），导致西边拱施工临时钢管柱支架被冲毁,所幸主体结构无损伤。此时，西边拱仅施工了裸拱及端横梁，失去支架后成为搭接在T 构上的弯梁，如图1 所示。

图1 临时系杆立面（单位：cm）

裸拱不适于继续加载，若不施工拱上立柱、横梁则无法施工系杆转向块，也就无法安装和张拉永久系杆，后续施工均无法进行。本桥工期十分紧迫，汛期后，重新搭设边拱支架施工显然不可行，经设计研究进行并多方商讨确定：采用无支架施工临时系杆方案，即于东、西两边拱端头处对拉临时系杆，提高西边拱裸拱的承载力，满足施工拱上部分立柱、横梁，继而为张拉永久系杆提供条件，以完成整个桥梁施工。

2 钢锚梁构造设计

临时系杆方案实施的关键是需要一个构件将水平力均匀传递于边拱处，因临时系杆张拉时集中力较大，空间狭小（边拱端头比T 构高0.66m），且考虑施工的可行性，最终选用钢结构锚梁。单个钢锚梁长6m，宽0.8m，高0.66m，全桥共计4 个。顶、底板及腹板均采用50mm 厚Q345C，横隔板采用30mm 厚Q345C，主要构造尺寸如图2 所示。

图2 钢锚梁构造

3 钢锚梁计算

3.1 荷载输入及模型建立

临时系杆钢锚梁采用容许应力法验算，按单根拱肋需要8000kN 的水平力，每根临时系杆张拉力为4000kN，单个钢锚梁上作用2 根临时系杆，张拉力通过锚垫板均匀传递至钢锚梁上，锚垫板的面荷载为：q=4 000 000×4/[π（3002-1502）]=75.5MPa。

钢锚梁与边拱端头混凝土采用锚栓锚固，紧贴于边拱端头，为面支承，计算模型中将该部分约束模拟为固结，钢锚梁实际为支撑于边拱端头的悬臂梁，为了解其应力数值及分布情况，采用Midas FEA 建立实体计算模型，如图3 所示。

图3 范·梅塞斯应力图（单位：MPa）

3.2 计算结论

经计算可知：钢锚梁变形较小，最大变形出现在悬臂端，其值为4.1mm＜L/300=5.67mm（L为梁长），故刚度满足要求；钢锚梁最大正应力、剪应力、最大主应力均出现在锚梁悬臂根部 ， 其 值 分 别 为187.7MPa、114.3MPa、225.0MPa。JTJ 025—1986《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》规定：16Mn 钢的轴压、弯曲、受剪容许应力分别为200MPa、210MPa、120MPa，对于临时结构容许提高系数为1.4，提高后16Mn 钢的轴压、弯曲、受剪容许应力分别为280MPa、294MPa、168MPa，故钢锚梁受力满足规范要求。

由上计算可知，钢锚可采用Q345C钢材，钢板之间采用焊接，由于钢板较厚，焊接应采用坡口焊，焊缝质量要求达到一级并符合GB 50205—2001《钢结构工程施工质量验收规范》的要求。

4 钢锚梁施工

钢锚梁采用工厂制作，检验合格运至现场安装，如图4所示。

图4 钢锚梁及临时系杆

5 结语

本文采用Midas FEA 对张拉临时系杆用钢锚梁进行精细化分析，得出其应力、位移极值及分布情况，并作为优化结构构造的依据。经实践检验，本桥钢锚梁的设计安全、适用、经济，希望能为类似桥梁临时构件设计提供参考。