金温铁路大溪大桥1-112 m提篮拱系梁安全检算(交通)
陈佳宾
（中铁第四勘察设计院集团有限公司 武汉 430063）
摘要金温铁路大溪大桥主跨采用112 m提篮拱横跨大溪，支架现浇施工。施工过程中因连续
暴雨，上游泄洪导致部分支架被洪水冲毁影响系梁结构安全。对部分支架损毁后的系梁受力状态进行有限元分析，通过对结构进行适当假定，模拟系梁产生变形后，系梁内部受力情况的变化。计算结果满足规范各项指标要求，并根据施工现状提出合理的施工建议。
关键词 大溪大桥 提篮拱 支架现浇施工 系梁
大溪大桥位于浙江省丽水市莲都区，桥梁全长424. 36 m。孔跨布置为17.8 m+29 m+17.8 m连续刚构+5×32 m简支梁+112 m提篮拱+2×32 m简支梁。主跨1-112 m提篮拱上跨大溪，桥址处大溪为四级航道，最高通航水位为48. 85 m，单孔双向通航孔宽度为90 m，通航净高为8m，河道宽260 m，施工期间不通航。
大溪大桥8～9号墩为112 m提篮拱，采用尼尔森体系，梁长116.0 m，计算跨度112.0 m。系梁按整体箱形梁布置，采用单箱三室预应力混凝土箱形截面，桥面中部梁宽17.8 m，端部18.8 m，梁高2.5 m。底板在3．0 m范围内上抬0.50 m以减少风阻力，吊点处设横梁，横梁厚度为40～60 cm;拱肋平面内矢高f=22.4 m，矢跨比为f／l=1/5，拱轴采用悬链线，线型系数m=1. 347，拱肋在横桥向内倾90，拱顶拱肋中心距离为9. 19m，拱肋采用2根直径1 200 mm钢管组成的哑铃型截面，高3 m;吊杆采用127根直径7 mm平行钢丝索组成，吊杆间距8m，两拱肋间设5道钢结构横撑，其中拱顶处设一字撑并用斜杆连接，其余均为K型撑。
1 系梁支架设计及施工情况
系梁支架体系采用“钻孔桩十埋入式钢管立柱十贝雷片桁梁结构”，共设9排临时墩（从小里程往大里程分别为L1～L9）。
L1和L9各排采用1×4根直径920 mm×壁厚12 mm钢管形式，横桥向间距为5.5 m+5 m+5.5 m。底部直接支撑于拱脚两端的承台上，与承台表面的预埋钢板焊接，紧靠墩身放置。在墩身中部设置2道连接杆与墩身连接固定，保证钢管的稳定性。
L2～L 8每排采用1×4根直径920 mm X壁厚16 mm钢管形式，横桥向间距为5.5 m+5 m+5.5m，顺桥向间距为15 m，底部嵌固于直径2．0 m钻孔桩内。立柱钢管之间联结系采用直径325 m m X6 mm钢管与立柱钢管焊接牢固，焊缝高8 mm，按上下对应设置2排，钢管中对中间距6.8 m，上下层水平连接系交叉杆相互错开布置。
2 系梁施工情况
系梁混凝土分3段浇筑，在支架受洪水冲毁前已全部浇筑完毕。系梁预应力索第1批张拉中，纵向张拉已按设计完成张拉并压浆；横向张拉已完成总量的60%，目前在张拉剩余横向钢束，拱肋部分还未施工。
3 系梁支架受灾情况及监测情况
3.1 受灾原因及系梁支架受损情况说明
因本地区连降大暴雨，平均雨量达到192.3mm，导致瓯江干流持续高水位并不断增高达到1998年以来最高洪水位，流量达到50年一遇洪水标准，接近100年一遇。上、下游同步开闸泄洪导致瓯江河流洪水流量、流速骤增，洪峰最大时大溪大桥桥址处洪水水位为52.1 m。最终由于栈桥冲毁以及上游冲下的漂浮物如铁船、油罐、板房等撞击系梁支架，导致上游方向迎水面的第1排8根钢管及纵向联系损毁。 系梁支架具体受损情况如下：①L1，L9支架钢管无明显变形，目测无明显受损；②L2～L8靠上游侧（即主桥右侧）第1根钢管均被冲毁或脱落支架横梁；L7靠上游第2根钢管被冲落；③L1～L9间系梁支架各纵向联系水平桁全部冲断。
3.2 系梁监测情况
系梁受灾后，经多次监测和检查，没有发现明显裂缝或过大变形。系梁面监测情况：左侧梁面监测点最大变化值为下沉6 mm;右侧梁面监测点最大变化值为下沉18 mm。横向位移监测数据反映最大值为4 mm，往下游方向偏曲；但支座处梁面横向位移为0 mm。
系梁支架横梁监测情况：左侧梁面监测点最大变化值为下沉6 mm;右侧梁面监测点最大变化值为下沉47 mm（由于右侧最外侧1根钢管已脱落造成横梁悬挑过大）。横向位移监测数据反映最大值为6 mm，往下游方向偏曲；但L1，L9处横梁的横向位移为0 mm。受损支架示意见图1，系梁监测点示意图见图2。
4设计结构形式及主要材料
4.1结构形式
(1)系梁。采用单箱三室预应力混凝土箱形截面，桥面箱宽17.8 m，梁高2.5 m，底板厚度为30 cm，顶板厚度为30 cm，边腹板厚度为35 cm，中腹板厚度为30 cm。底板在3.0 m范围内上抬0. 50 m以减少风阻力，吊点处设横梁，横梁厚度为40～60 cm。
(2)支架。支架体系采用“钻孔桩十埋入式钢管立柱十贝雷片桁梁结构”，共设9排临时墩。
4.2主要材料
混凝土：系梁采用C50混凝土。C50混凝土
4.3设计荷载
系梁自重：y取26.0 k N／m3。
拱脚重量：换算成荷载加到系梁上。
荷载组合：自重十预应力十收缩徐变。
5 系梁有限元模型
5.1 有限元模型建立
采用通用有限元分析软件Midas Fea建立空间梁单元模型对系梁当前受力状态进行模拟，通过分析系梁在部分支架受损状态下的内力情况从而判断系梁是否安全。模型建立中的相关假定：①恒载。在实际工程中，部分拱脚混凝土和系梁同时浇筑，本次建模仅考虑系梁，除系梁自重外，假定拱脚混凝土作为荷载加到系梁的相应位置；②约束。系梁约束分2种，一种是桥墩处支座提供的约束，另一种是系梁下部未破坏支架提供的竖向向上约束。本次建模用约束中的单向受压单元模拟支架提供的竖向约束，约束的范围以右侧未破坏钢管柱为界，左侧系梁底面全部约束；③强迫位移。系梁右侧部分支架损坏后，导致系梁右侧产生不同程度的下沉，为使模拟更接近真实状态，假定系梁变形和实测一致，在系梁右侧相关节点处加载强迫位移，使系梁变形更接近真实情况。系梁单元划分见图3。
5.2计算结果
图4为将实际测量下沉值作为强迫位移加载到系梁后的位移情况。
系梁单元应力结果见图5。
由图5可见，除支座附近和预应力钢束耦合处由于应力集中，应力值比较大之外，其余位置应力值均满足规范要求。部分监测点处的应力值见表1。
结果均满足规范要求。系梁抗裂安全系数最小为1. 72。综上结果，系梁在上述支架部分损坏的情况下能满足受力要求。
6结语
通过对在支架部分破坏条件下系梁受力状态进行有限元分析，系梁能满足受力要求，但为确保结构的安全以及后续施工的顺利进行，提出如下建议：
(1)现场应加强监测，密切观察系梁的变形情况，一旦发现产生较大变形或混凝土开裂现象需立即采取应急措施，防止变形的进一步发展。
(2)施工单位需抓紧组织对破坏支架的修复工作，确保系梁结构的安全。
(3)支架修复完成后方可进行剩余横向预应力索的张拉和拱肋、吊索部分的施工。
