拱橋的施工中三種常用鋼拱架簡(jiǎn)要比較

1、拱橋施工中三種常用鋼拱架簡(jiǎn)要比較拱橋施工中常采用鋼拱架作為施工支架，尤其在西部山區(qū)。常用的鋼拱架為桁式拱架，它一般由多榀拱形桁架構(gòu)成，每一榀均由標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段、拱頂節(jié)段、拱腳節(jié)段等組成。根據(jù)拱架節(jié)段的不同類型，桁架式拱架又分為貝雷梁片拼裝式拱架、六四軍用梁片拼裝式拱架、可微調(diào)式鋼拱架等幾種不同型式。在大量研究鋼拱架的文獻(xiàn)中，大都側(cè)重于對(duì)單一型式鋼拱架的研究，對(duì)不同型式鋼拱架的對(duì)比研究較少，本文擬從不同型式鋼拱架的構(gòu)造特點(diǎn)以及在拱橋施工中的結(jié)構(gòu)行為兩方面作一個(gè)簡(jiǎn)要比較。三種常用鋼拱架的構(gòu)造特點(diǎn)及應(yīng)用上的優(yōu)劣1.1貝雷梁拼裝式鋼拱架早期的貝雷梁主要應(yīng)用于軍用橋梁，在二戰(zhàn)初期，由英國唐納德工程師設(shè)計(jì)，為米

2、字形桁架腹桿體系。如今廣泛運(yùn)用于橋梁施工的貝雷梁為我國于20世紀(jì)60年代定型生產(chǎn)的321桁架梁，圖1.1為單片貝雷架結(jié)構(gòu)示意圖。l一橫梁夾具孔；2、6、8、11一支撐架孔；332字鋼；4一陰頭；5、9、14一弦桿螺栓孔；7一上弦桿；lO一陽頭；12、13一風(fēng)構(gòu)孔；l5一槽鋼；16一橫粱墊板；17一下弦桿；18一斜撐圖1.1貝雷片鋼拱架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段立面示意圖單片的貝雷桁架是組成貝雷梁拼裝式拱架的主要單元，除此之外一般還有梯形件、異形支承片、拱腳段構(gòu)件等，組成拱架的各構(gòu)件的內(nèi)部互相剛接，構(gòu)件與構(gòu)件之間用銷釘連接。它具有構(gòu)件簡(jiǎn)單、單片重量較輕、運(yùn)輸拆裝較方便、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但它也有一些不足：由于單片貝

3、雷片平面尺寸為 3m1.5 m的矩形桁架片，不能完全擬合圓弧形或者懸鏈線型的拱軸線，只能以折線的形式進(jìn)行擬合，并且折線方向的長度只能是3m的倍數(shù)；由于拱軸線的跨度以及矢跨比的不同，用標(biāo)準(zhǔn)的梯形構(gòu)件和定長的貝雷片很難恰好擬合，導(dǎo)致拱腳調(diào)節(jié)段較大的隨意性；由于拱架上弦與下弦的曲率不同，理論弦長不一，用3m1.5 m的矩形貝雷桁架片拼成拱架后即使拱軸線為圓弧線， 上下弦將出現(xiàn)1.5的差異，而這個(gè)差異是要用梯形構(gòu)件來調(diào)整的，這就需要較多的梯形件，增加了施工的工序，并且在實(shí)際拼裝過程中，若理論位置與實(shí)際位置稍微有出入，將導(dǎo)致拱架很難合攏或需重新加工梯形構(gòu)件；另外，貝雷桁架片在高度方向的尺寸不是太大，其剛

4、度也較低，實(shí)際工程中往往以加密橫向榀數(shù)來滿足施工承載力的要求。 1.2六四軍用梁拼裝式鋼拱架六四式鐵路軍用梁是我國自行研制的，于一九六四年六月經(jīng)國務(wù)院軍工產(chǎn)品定型委員會(huì)批準(zhǔn)設(shè)計(jì)定型，最早用于鐵路橋梁搶修，近年來被廣泛運(yùn)用于拼組各種架橋機(jī),各種施工支架、龍門吊以及施工拱橋的鋼拱架等，圖1.2為六四軍用梁片鋼拱架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段立面示意圖。圖1.2軍用梁片鋼拱架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段立面示意圖六四軍用梁拼裝式鋼拱架主要由標(biāo)準(zhǔn)三角、端構(gòu)架、標(biāo)準(zhǔn)弦桿、端弦桿、斜弦桿、撐桿以及平聯(lián)橫梁組成。單片的軍用梁片是組成軍用梁拼裝式拱架的主要單元，其平面尺寸為 4m1.9 m的矩形桁架片。它同樣具有構(gòu)件簡(jiǎn)單、單片重量較輕、運(yùn)輸拆裝方便

5、、標(biāo)準(zhǔn)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。但它也有幾點(diǎn)不足：當(dāng)拱架實(shí)際就位的位置和理論值有出入時(shí)，容易導(dǎo)致鋼拱架很難合攏或者需要重新加工下弦桿才能合攏；不同位置的下弦桿在施工過程中很容易混淆，糾正費(fèi)時(shí)費(fèi)力；六四軍用梁拼裝式鋼拱架的單片基本構(gòu)件的重量相應(yīng)較大，對(duì)施工起吊的要求更高；六四軍用梁拼裝式鋼拱架還有一個(gè)不足是其下弦桿已經(jīng)接近4 m，這樣的話其長細(xì)比較大，壓桿穩(wěn)定系數(shù)小，對(duì)弦桿受壓工況不利。相比貝雷梁拼裝式鋼拱架來說，其斷面高度（1.96m）有了較大的提高，剛度相對(duì)較大，而用加大截面高度來提高承載力的方法也是經(jīng)濟(jì)的。 1.3可微調(diào)式鋼拱架可微調(diào)桁架片拼裝式鋼拱架是最近兩年才開始應(yīng)用于拱橋施工中，它是在已有的貝

6、雷梁拼裝式鋼拱架以及六四軍用梁拼裝式鋼拱架的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，并汲取了兩者的優(yōu)點(diǎn)，是一種富余強(qiáng)度多施工方便的較為新型的鋼拱架，圖1.3為可微調(diào)式鋼拱架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段立面示意圖。圖1.3可微調(diào)式鋼拱架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段立面示意圖該型式鋼拱架由基本節(jié)段和聯(lián)結(jié)系構(gòu)成。基本節(jié)段和聯(lián)結(jié)系內(nèi)部均為全焊結(jié)構(gòu)，它們之間用螺桿、銷子和螺栓連接。為更好地?cái)M合拱軸線，其中的基本節(jié)段除標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段外還有調(diào)節(jié)節(jié)段、拱頂節(jié)段、拱腳節(jié)段等?？晌⒄{(diào)桁架片拼裝式鋼拱架一個(gè)明顯的特點(diǎn)是上弦桿縱向接頭長度是可以微調(diào)的，其基本節(jié)段的上弦桿兩端分別由調(diào)節(jié)螺桿的陽端和陰端組成，陽端螺桿和陰端螺桿均為T型螺紋，螺桿通過與調(diào)節(jié)錨固構(gòu)件內(nèi)的螺紋相配合，微調(diào)上弦桿

7、縱向接頭長度，見圖1.4、1.5。 圖1.4 可微調(diào)鋼拱架上弦陰端調(diào)節(jié)件 圖1.5 可微調(diào)鋼拱架上弦陰端調(diào)節(jié)件單片的可微調(diào)式桁架片是組成可微調(diào)式拼裝式拱架的主要單元，其平面尺寸約為 4m2.2 m的矩形桁架片。和前兩種鋼拱架相比，它還有有如下優(yōu)點(diǎn)：可微調(diào)桁架片拼裝式鋼拱架的上弦桿通過螺桿與調(diào)節(jié)錨固構(gòu)件內(nèi)的螺紋相配合，上弦桿縱向接頭長度可微調(diào)，它的適應(yīng)性更強(qiáng)；可微調(diào)桁架片拼裝式鋼拱架的截面高度提高到了2.2 m，對(duì)于構(gòu)件的承載能力是個(gè)很好的保證；并且，相對(duì)于六四軍用梁拼裝式鋼拱架來說，其下弦桿的長度減少了約一半，對(duì)于下弦桿受壓工況是相對(duì)有利的。三種常用鋼拱架在拱橋施工中結(jié)構(gòu)行為比較2.1有限元模

8、型為了比較三種常用鋼拱架在拱橋施工中的結(jié)構(gòu)行為，利用MIDAS軟件建立各種型式鋼拱架空間有限元模型進(jìn)行了全施工過程的分析。其中可微調(diào)式鋼拱架嚴(yán)格按遵義水泊渡橋?qū)嶋H鋼拱架建立，其余兩種鋼拱架與水泊渡橋?qū)嶋H鋼拱架的外弧半徑（包括矢高）相同。水泊渡鋼拱架為圓弧形鋼拱架，圓弧半徑89.2m，兩拱腳鉸中心的跨徑L=108.42 m,相應(yīng)矢高為18.33 m，軸線長度116.503m,寬8.3m。沿弧向共用31片（其中拱腳節(jié)段和調(diào)節(jié)節(jié)段各2片，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段26片，拱頂節(jié)段1片，沿弧向共計(jì)31片）、橫向分5組，共計(jì)155片，整體布置見圖1.6.圖1.6 水泊渡橋鋼拱架立面布置圖模型中，貝雷片拼裝式鋼拱架、軍用梁

9、片拼裝式鋼拱架、可微調(diào)式鋼拱架總的用鋼量分別為: 264.7t、169.1t、169.9t。圖1.71.8是可微調(diào)式鋼拱架的整體模型圖及其局部放大（其余兩種鋼拱架模型未詳列）。 圖1.7可微調(diào)拼裝式鋼拱架模型（整體） 圖1.8可微調(diào)拼裝式鋼拱架模型（局部）2.2三種鋼拱架結(jié)構(gòu)行為比較為進(jìn)行三種鋼拱架在拱橋施工中的比較，提取了各鋼拱架在各施工階段跨中上、下弦桿應(yīng)力計(jì)算值及跨中撓度計(jì)算值進(jìn)行分析。見表1.1，其中的施工階段號(hào)依次代表拱架成型、澆筑底板拱腳段、澆筑底板拱頂段、澆筑底板拱中段、澆筑腹板拱腳段、澆筑腹板拱頂段、澆筑腹板拱中段、澆筑頂板；拱架型式、分別代表貝雷拼裝式、軍用梁拼裝式、可微調(diào)式

10、鋼拱架。表1.1 三種常用鋼拱架在拱橋施工中計(jì)算值對(duì)比列表拱架型式施工階段跨中上弦桿應(yīng)力（MPa）跨中下弦桿應(yīng)力（MPa）跨中撓度（cm）1-17.6-23.4-15.8-12.5-13.1-13.8-1.36-1.46-0.962-14.0-21.7-7.8-44.2-42.7-51.81.31-0.541.263-75.9-135.0-71.5-7.83-12.1-22.3-4.93-7.24-4.174-74.8-143.0-82.1-51.2-59.2-51.1-5.65-8.51-5.715-64.1-131.0-68.2-63.1-67.7-64.8-4.46-7.40-4.076

11、-92.1-174.0-89.7-39.6-44.5-46.3-6.48-9.80-6.217-88.2-168.0-94.9-48.9-53.4-51.9-6.50-9.63-6.378-100.0-185.0-109.0-54.5-56.3-54.9-7.50-10.7-7.44將上表中跨中上弦桿應(yīng)力、跨中撓度整理成對(duì)比圖，見圖1.91.10.圖1.9 跨中上弦桿應(yīng)力對(duì)比圖 圖1.10 跨中撓度對(duì)比圖由上可得到：三種鋼拱架同一結(jié)構(gòu)行為（主要指跨中弦桿應(yīng)力、撓度）在同樣的施工過程中，其整體變化趨勢(shì)是基本一致的，且可看到變化最明顯的階段均出現(xiàn)在施工拱圈底板的過程中。貝雷片拼裝式鋼拱架、可微調(diào)式

12、鋼拱架在拱圈施工過程中表現(xiàn)的強(qiáng)度、剛度較為接近，且相對(duì)軍用梁片式鋼拱架，性能更佳；但從用鋼量來說，貝雷片拼裝式鋼拱架的用鋼量是可微調(diào)式鋼拱架的1.56倍，由此，認(rèn)為可微調(diào)式鋼拱架是較為優(yōu)化的鋼拱架型式。結(jié)論（1）. 從構(gòu)造上來說，相比貝雷梁拼裝式鋼拱架與軍用梁拼裝式鋼拱架而言，可微調(diào)拼裝式鋼拱架的上弦桿通過螺桿與調(diào)節(jié)錨固構(gòu)件內(nèi)的螺紋相配合，上弦桿縱向接頭長度可微調(diào)，其適應(yīng)性更強(qiáng)。（2）三種鋼拱架同一結(jié)構(gòu)行為（主要指跨中弦桿應(yīng)力、撓度）在同樣的施工過程中，其整體變化趨勢(shì)是基本一致的。（3）從施工過程結(jié)構(gòu)行為的角度，結(jié)合用鋼量的比較，認(rèn)為可微調(diào)式鋼拱架是較為優(yōu)化的鋼拱架型式。參考文獻(xiàn)：1 顧懋清，

13、石紹甫主編.公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)：拱橋（上冊(cè)）.人民交通出版社,1996年.2 萬景剛. 鋼拱支架在拱橋施工中的應(yīng)用與研究.貴州大學(xué)碩士學(xué)位論文,2009,6.3 許克賓主編. 橋梁施工.中國建筑工業(yè)出版社,20044 黃紹金，劉陌生編著.裝配式公路鋼橋多用途使用手冊(cè).人民交通出版社,2001，6.5 中國鐵道建筑總公司.六四式/加強(qiáng)型六四式軍用梁鐵路軍用梁手冊(cè)(增訂版)M.北京:中國鐵道建筑總公司,19986 楊虎根，葉茂權(quán)等設(shè)計(jì).120m鋼拱架設(shè)計(jì)圖. 中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司,2008，3.7 貴州交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院.水泊渡泵站管橋一階段施工圖設(shè)計(jì).2008.128 莊年. 七星關(guān)大橋

14、貝雷鋼桁拱架的設(shè)計(jì)與施工 .大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文,2005,3.9 吳成智. 底那河大橋拱架施工控制 .大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文,2007,6.摘要: 介紹了三種常見鋼拱架的構(gòu)造特點(diǎn)，并利用MIDAS軟件建立相應(yīng)鋼拱架的空間有限元模型，得到可微調(diào)式鋼拱架是較為優(yōu)化的拱架結(jié)構(gòu)型式。關(guān)鍵詞：鋼拱支架、拱橋施工、應(yīng)力、撓度Abstract:This paper introduces the characteristics of structure and mechanics of the different steel arch centerings, and then builds space finite element model of the different types of steel arch centerings by the use of software MIDAS, fin