上承式钢筋混凝土拱桥关键问题研究

黑龙江交通科技

ＨＥＩＬＯＮＧＪＩＡＮＧＪＩＡＯＴＯＮＧＫＥＪＩ

Ｎｏ．４，２０１８

（ＳｕｍＮｏ．２９０）

上承式钢筋混凝土拱桥关键问题研究

王建利，谭碧龙

（贵州智恒工程勘察设计咨询有限公司，贵州贵阳　５５０００１）

摘　要：背景桥梁为３×４０ｍ上承式钢筋混凝土箱型拱桥，拱上建筑为３．３ｍ的等截面圆弧混凝土腹拱，主拱拱跨中部为实腹段。提出一种拱顶实腹段的有限元模拟方法，即以虚拟梁单元模拟行车道板，并建立节点弹性连接实现竖向力传递；同时，建立三跨连拱有限元模型，对施工过程边、中跨满堂支架的卸落顺序进行了针对性的分析。关键词：上承式钢筋混凝土拱桥；实腹段模拟；支架卸落顺序

中图分类号：Ｕ４４２　　　文献标识码：Ｃ　　　文章编号：１００８－３３８３（２０１８）０４－００９７－０２

１　基本概况

桥梁上部结构为３×４０ｍ上承式钢筋混凝土

箱型拱。桥梁全长１４８．０ｍ，桥梁纵坡为－１．０％，桥面采用双向２％横坡。

主拱圈为４０ｍ等截面悬链线钢筋混凝土箱型

２．５１４，净矢高为６．６６７ｍ，净无铰拱，拱轴系数ｍ＝

矢跨比为１／６。腹拱为３．３ｍ的等截面圆弧混凝土板拱，截面高０．３５ｍ，每跨主拱圈上设置６个腹拱圈。主拱圈采用单箱五室结构，高度为１．３ｍ，宽为１６．０ｍ。顶、底板及腹板厚均为０．２５ｍ。

桥面宽度：０．２５ｍ（栏杆）＋２．０ｍ（人行道）＋１４．０ｍ（车行道）＋２．０ｍ（人行道）＋０．２５ｍ（栏

８．５ｍ。杆），桥面全宽１

拱圈施工采用满堂支架现浇。２　有限元模型

２．１　实腹段有限元模拟

本桥拱上实腹段及腹拱顶填料均为Ｃ片石混２０凝土。

有限元模型中，建立１５ｃｍ厚虚拟梁单元，以模拟行车道板。拱上填料以荷载型式施加于对应节点。

为保证虚拟行车道板与立柱或拱圈间仅传递竖向力，在有限元模型中，释放立柱顶端转角及水平约束；

实腹段上，虚拟行车道板与拱圈间通过节点弹性连接，同时释放转角及水平约束，以保证两者间仅传递竖向力。２．２　计算荷载

（１）结构自重：由软件自动计算，其中拱上填料均以外荷载形式施加于对应结构上。

２）汽车荷载：公路－Ｉ级。（（３）温度荷载：考虑整体升温１５℃及整体降温

收稿日期：２０１７－１２－２７

１５℃。

３　计算结果分析

（１）恒载作用下结构弯矩，由计算可知，恒载作

用下，虚拟桥面板弯矩极小，可忽略；由于边、中跨跨径相同，拱脚位置等高，桥墩无水平推力，弯矩为零；主拱圈最大正、负弯矩接近相等，较为合理。

２）恒载作用下结构轴力，由计算可知，立柱及（

桥墩轴力在竖向呈线性变化，拱脚以下桥墩由于承担拱脚竖向分力，轴力突增；由于拱上建筑无水平分力传递，主拱圈轴力分布较为均匀。

（３）整体升温作用下，主拱圈拱顶产生负弯矩，拱脚产生正弯矩，主拱圈截面产生较为均匀的轴压力；整体降温作用下，拱顶产生正弯矩，拱脚产生负弯矩，主拱圈截面产生较为均匀的轴拉力。

（４）汽车荷载作用下，虚拟桥面板弯矩极小，可忽略；拱上立柱及起拱线以上部分桥墩弯矩接近于０；桥墩墩底最大正负弯矩相等；主拱圈轴力沿纵向分布较为均匀。

本文采取的拱顶实腹段有限元模拟方法，关键是为了保证桥面荷载的有效传递。桥面荷载（包括桥面铺装、温度及活荷载）向下均只传递竖向力，而无水平力、弯矩或扭矩。

由上述计算结果可知，在自重、温度荷载或汽车荷载作用下，主拱圈弯矩无突变，即拱圈节点上无集中外力矩作用；主拱圈轴力分布较为均匀，且无突变，即主拱圈节点处无集中水平分力作用。

由此判断，通过建立虚拟梁单元模拟行车道板，并以竖向弹性连接的有限元模拟方法，计算结果合理，方法可行。４　边、中跨支架卸落顺序分析

由于边、中跨跨径相同，且起拱线高程相同，桥墩无不平衡推力作用；但在实际满堂支架施工过程

作者简介：王建利（１９８７－），男，工程师，研究方向：桥梁工程。

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总第２９０期黑龙江交通科技第４期

中，不可避免的存在边、中跨支架卸落的先后顺序。由此导致桥墩不平衡推力明显，对其抗倾覆性，承载能力以及抗裂性均有较大程度的影响。

本文偏保守的，选取工况：先卸落边跨支架，进行分析。

为模拟满堂支架，分别定义“边跨支架”：约束边跨拱圈各节点的平动自由度；及“中跨支架”：约束中跨拱圈各节点的平动自由度。

定义施工阶段一：约束条件采用“边跨支架”及“中跨支架”；施工阶段二：约束条件取消“边跨支架”；施工阶段三：约束条件取消“中跨支架”。

综上，对于等跨钢筋混凝土拱桥，起拱线高程一致时，极易忽略桥墩承受不平衡推力的工况。经过上述对比。

１）若不考虑边、中跨支架卸落顺序的差异，桥（

墩几乎不受弯矩作用，趋于轴心受压构件。而实际施工过程中，这种情况几乎不可能实现。

２）由于存在支架卸落顺序的差异，桥墩不可（

避免的受不平衡推力作用，其墩底弯矩极大，导致桥墩抗倾覆、抗滑移、承载能力以及抗裂性能等均造成较大影响，需引起高度重视。

３）桥墩在不平衡推力作用下发生水平位移，（

即拱脚发生水平位移，对拱圈受力形成较大影响。如本例中相较同时卸架的理想状态，中跨拱圈弯矩（上接第９６页）析，以提高钻孔的钻压与速度。从钻头角度来看，应控制好钻压与回转扭矩的情况下进行岩石的破碎与切削。由于钻头形式的确定会直接影响钻孔效果，因此，在钻孔施工过程中要控制钻头使用，以提高钻孔灌注桩施工的质量。

（４）清孔处理

对于钻孔的清孔，应在第一次清孔过程中不断补充新鲜泥浆，以解决含沙量大或是泥浆性能差的问题。而二次清孔，则应采用泵吸或是循环清孔，来进行处理。而后，还要对终孔进行验收施工，并通过检测手段来提高钻杆、钻头与测绳长度确定的准确性。这样一来，就能以超深操作来抵消孔底的淤积问题。

５）放置钢筋笼（

由于钻孔灌注桩的桩基础稳定性与钢筋笼强度有着直接联系，因此，钢筋笼的制作，应严格按照设计使用要求进行弯曲化操作、钢筋使用以及除锈质量的控制。此外，钢筋，作为桩基础骨架，其能够保证混凝土的保护强度与厚度。值得注意的是，钢筋笼的下放作业应控制其牢固性，并在钢筋骨架的侧边进行定位块的焊接。同时，还应采用两点吊放方式，来进行孔位的对准与缓慢处理，以保证钢筋不会被弯曲扭转的影响而出现变形问题。

６）灌注施工（

公路桥梁工程中钻孔灌注桩的施工重点为：混·９８·

０％。最大相差２５　结　论

本文提出了对具有拱上实腹段的上承式拱桥

的一种有限元模拟方法：建立虚拟单元模拟行车道板，虚拟行车道板与立柱及主拱圈通过节点弹性连接，并释放水平约束及转角约束，保证两者间仅传递竖向力。经验证，有限元模型传力明确，受力合理，方法正确。

另外，本文研究了等跨、等高连续拱桥存在的一个极易忽视的问题：施工过程中不存在边、中跨同时卸落支架的理想情况，不可避免的会存在支架卸落顺序差异。经计算对比，实际施工过程中桥墩不可避免的承受较大的水平推力作用，对其倾覆及滑移稳定性，承载能力及抗裂性能均有较大程度的影响；同时由于桥墩不可避免的发生水平变形，对主拱圈受力影响也较大，需要引起高度重视。

参考文献：［１］　范亮，黄曼．考虑填料“围压效应”的实腹式拱桥结构

Ｊ］．重庆交通大学学报，２０１０，（３）．分析［

［２］　蔺锡九，杨高中，蔡国宏．考虑拱上结构作用时实腹拱

设计法［Ｊ］．公路，１９６４，（２）．［３］　安艳涛．多跨连续ＲＣ拱桥支架拆除顺序对结构的影

响［Ｊ］．华东公路，２０１５，（６）．

凝土灌注。在进行灌注施工中，应严格控制灌注质量，即在施工前的准备阶段，以对导管的水密性与质量进行检查。此外，在安装导管的过程中，应将其位置控制在孔的，并将埋设深度控制在２～６ｍ以内。值得注意的是，施工技术人员还应随时检查混凝土的坍落度，以保证灌注桩顶部的标高比设计标高要多出５０～１００ｃｍ，进而提高桩顶混凝土施工的质量效果。３　结束语

综上所述，公路桥梁施工中钻孔灌注桩施工技术的应用效果，要从问题角度出发，即在明确问题产生原因的基础上，对各项施工环节进行控制。事实证明，只有这样，才能使钻孔灌注桩施工技术的应用效果充分发挥出来。故，工程建设人员应将上述分析内容与科研成果更多地作用于路桥工程的施工建设，以强化路桥在地区交通环境中的应用质量。

参考文献：［１］　谢荷香．浅谈公路桥梁施工中钻孔灌注桩的质量控制

［Ｊ］．四川建材，２０１７，４３（７）：１５３．［２］　陈凯．公路桥梁基础钻孔灌注桩施工分析及其溶洞处

理技术应用［Ｊ］．住宅与房地产，２０１７（６）：２３８．［３］　孙润，吴军．论述道路桥梁施工中钻孔灌注桩施工技

术的应用［Ｊ］．城市建设理论研究（电子版），２０１７（６）：２１３－２１４．