1、拱肋安装钢管柱式少支架设计摘要: 本文介绍了三拱肋钢管拱桥拱肋吊装所采用的钢管柱式少支架设计构思,采用该法施工,可以节约成本,减少所占场地面积,安全快捷,对相似工程有一定的参考价值. 关键词:拱肋；钢管柱；少支架；设计 中图分类号：S605+.2 文献标识码： A 一、工程概况： 大西湖特大桥主桥采用五孔中承式钢管混凝土系杆拱，孔跨形式为30m+380m+30m，中孔跨径 80m，边孔跨径 30m。桥面全宽 26.0m，拱肋为 C50 微膨胀混凝土，截面型式为哑铃形。主桥中孔较大，边孔较小，拱肋采用三道，有利于道路的横向布置，同时增强了结构的稳定性和抗震性。中孔、次中孔和边孔矢跨比为 1/2.
2、5、1/3、1/5，拱轴线型为二次抛物线。 根据施工设计图纸要求，边跨分两段预制安装，中跨和次中跨分三段预制安装，三肋齐头并进，对称拼装，因桥位处不受水文影响，为水上旱地作业，因此主桥拱肋安装施工拟采用支架法施工。 2、支架设计思路： 1、根据设计要求、现有材料以、及施工场地等原因，钢管拱桥拱肋吊装钢管柱式少支架，采用钢管柱刚架结构并于刚架顶附以贝雷支架起横向联系和支承作用。在拱肋对接处设置钢管刚架，为保证同一对接位置处三道拱肋接头刚架的稳定性，在刚架顶部设置了横向三排军用贝雷横梁,排距 1.5 米，既起承重作用又起到支架的横向联系作用，具体见支架设计图。 3、支架设计模型 ： 支架设计平面图
3、 4、设计荷载分析 4.1、拱肋临时支架荷载： （1） 、拱肋：根据拱肋的划分，中跨拱肋边段轴向长度为 32.7 米；中跨拱肋中段轴向长度为 37.8 米。单位长度拱肋重量： n=。 因此，边段拱肋及一字横撑的重量：G1=32.70.72+3.6=27.14t。 中段拱段及横撑的重量为：G2=37.80.72+13.8+7.2=48.2t。 说明：边段拱肋有一道一字横撑，其重量为 3.6t，中段拱肋有两道一字横撑及一道米字撑，其重量共重 21t。 （2） 、钢管支架： 贝雷横梁及其附属构件：对接位置横桥向布设三道贝雷横梁，既起承重作用又起联系作用，中孔中肋验算时，每排贝雷分配到中孔中拱肋支架的
4、重量按 6 片计：630.3=5.4t；考虑到贝雷支架联系杆件的重量，因此贝雷支架的总重量按 10 吨计。 （3） 、风荷载：对风荷载的计算参照建筑结构荷载规范与建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范 。 Wk=0.7szo 其中：o 为风压值，取 o=0.4 KN/(按 10 年一遇考虑) z 为风压高度变化系数，取 z=3.12 s 为风荷载体型系数，依据建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范 ，纵桥向按前后双管进行考虑取 s1=1.2；横桥向考虑风对支架和拱肋按双排管考虑取 s2=0.62=1.2。由此， A、纵桥向： Wk=0.7sz1o=0.71.23.120.4=1.048KN/, 纵
5、桥向风对刚架的水平荷载： q1=1.0480.6=0.628KN/m (钢管直径 d=0.6m) B、横桥向： Wk=0.7sz2o=0.71.23.120.4=1.048KN/, 横桥向风对支架的水平荷载： q2=1.0480.6=0.628KN/m (钢管直径 d=0.6m) 横桥向风对拱肋的水平荷载： q3=1.0482=2.096KN/m (拱肋截面高 2.0m) （4）拱肋对支架的竖直作用力：拱肋分三段预制安装，先对称安装两边段就位，支承于钢管支架上，然后再合拢中段。因此必须根据安装先后顺序分析拱肋对支架的作用力。边段拱肋架设后，由于拱脚支承处尚未用混凝土封牢，可将其视为铰接。从最不
6、利状态进行考虑，钢管刚架对拱肋的反力可视为竖直向上。因此根据静力平衡条件求得支架对拱肋反力如图： 根据吊装程序，中段拱肋吊装合拢阶段，考虑平衡稳定问题，吊钩不能摘除。中段合拢时，先起重钢绳慢慢下放，在吊钩受力的情况下接头与边段、拱座逐渐顶紧成拱，使拱肋受到轴向力的作用。一般实际情况，支架仅承受拱肋一半的重量，这里从偏安全的角度进行考虑，在边段拱肋吊装过程中，中段拱肋的受力仍按全部重量简支于两临时支架上来进行验算。由于其拱肋在没有对接形成轴向力前，两支点并没有铰接，因此根据实际受力情况，中段吊装时对刚架的水平作用力不予考虑，如图 2。 （5）拱肋对支架的水平作用力：边段拱肋架设后，由于拱脚支承处
7、尚未用混凝土封牢，可将其视为铰接。从最不利状态进行考虑，支架肋的反力可视为与拱肋轴线垂直，根据施工设计图，对接点拱肋轴线与水平方方向的夹角约 35，如右图 3： 则拱肋对刚架的水平作用力为： 总结： 1、支架承受的竖向作用力： 考虑支架上托架的操作人员重量，计 3.0 吨。 2、支架承受的水平作用力： q1=0.5240.6=0.314KN/m (钢管直径 d=0.6m) 2、支架承受的水平作用力： 5、设计计算思路 (1)、根据设计要求,明确受力的大小及复杂程度,，本支架设计计算书仅对中孔中肋对接点刚架进行验算,刚架验算时以最大高度的中孔中肋对接点进行验算。 (2)、为防止发生意外，根据施工
8、设备的性能、操作熟练程度和可能撞击的情况，刚架的受力验算按概率极限状态的设计要求进行验算拱肋刚架荷载组合及验算： (3)、强度校核包括：正应力、剪应力、组合应力。 (4)、稳定性校核包括钢管压杆的的平面内稳定以及整体稳定性。 6、支架重点验算 6.1、各荷载作用下刚架内力计算 （1）拱肋对支架的竖向荷载（中间）： （）拱肋对支架的竖向荷载（两端）： （3）纵桥向风荷载的作用： （4）拱肋对支架水平荷载作用： 各荷载作用下刚架内力计算表 荷载种类 荷载图示 水平力 竖向力 弯距 1、竖向荷载（中间） H=2.0KN VA=90KN VD=90KN MD=MA=14.5KN.M MB=MC=-29
9、.2KN.M Mmax=HAh+VA(l/2) = 105.2KN.M 2、竖向荷载（两端） VA=180.0KN VD=180.0KN 3、横桥向风荷载 H=0.42KN HA=13.36KN HB=0.42KN VA=-15.8KN VD=15.84KN MD=36.78 KN.M MA=-67.78KN.M MB=75.18KN.M MC=-27.52KN.M 4、水平力荷载 H=P/2 =17.2KN -VA=VB= 118 .59KN MD=200.5 KN.M MA=-200.5KN.M MB=177KN.M MC=-177KN.M 6.2、刚架强度验算 1）AB 段钢管：AB 段
10、钢管的最大应力为： 最大弯距是组合下 A 点弯距产生的应力与荷载 1 和荷载 2 作用下产生的压应力之和。 1A= 荷载 3 和荷载 4 产生的压应力： 2A= 因此钢管柱 A 点的最大应力为： A=（强度符合要求） 2）CD 段钢管：最大弯距是荷载 1、荷载 3 和荷载 4 组合下 D 点的弯 距值。 弯矩产生的应力： 1A= 荷载 3 和荷载 4 产生的压应力： 1A= 因此钢管柱 A 点的最大应力为： d=（强度符合要求） 3）BC 段 I32 工字钢（2 根）：最大弯距是荷载 1、荷载 3 和荷载 4 组合下 C 点的弯距值。 c= 强度符合要求。 6.3、焊缝强度的验算 AB 段钢管
11、柱、CD 段钢管柱柱底与钢板以及 AB 段钢管柱、CD 段钢管柱与柱顶工字钢焊接强度验算：A 点所收轴力、水平力、弯距最大，以 A点进行验算： 1）柱脚采用焊脚尺寸为 hf=10mm，手工焊，焊条为 E43 型，钢板型号 Q235。 2）IW=3.14hed3/8=3.14*0.7*10*6003=593.5mm4（式中：he=0.7hf） 3）fh=H/0.7*10*3.14*600=2.32N/mm4。 4）fz=fv+fm=v/helw+Md/ IW*2 =278.9*103/0.7*10*3.14*600+268*103*600/593.5*106*2 =21.04+135.4=156.5 N/mm4 合=fwf=160 N/mm4. 焊缝强度符合要求。实际施工时考虑安全，加焊加肋板提高柱脚受力效果。
