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双线铁路1-68 m系杆拱的设计杜砚江【摘要】系杆拱又称为简支梁拱组合体系,具有跨度大、结构轻、美观性、经济性、实用性等特点,近年来在铁路建设中有了较大的发展.故从双线铁路系杆拱的设计、设计标准、设计参数、结构构造、结构计算施工步骤等进行了详细的介绍.【期刊名称】《四川建筑》【年(卷),期】2013(033)002【总页数】4页(P120-122,125)【关键词】系杆拱桥;系杆拱;简直梁组合体系;无推力【作者】杜砚江【作者单位】中铁二院工程集团有限责任公司,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】U448.22+5系杆拱又称为简支梁拱组合体系。
该体系有效地将梁和拱两种结构组合起来，共同承受荷载，充分发挥梁受弯、拱受压的结构特性及其组合作用，不仅能达到节省材料的目的，而且通过在系梁内施加预应力，抵消拱肋推力，使桥墩(台)无需承受推力。
同时又由于下承式梁拱组合体系结构大大降低了梁体建筑结构高度，因此具有跨度大、结构轻、美观性、经济性、实用性等特点，在城市区域、受跨越高度限制区域被广泛采用。
但是由于系杆拱结构具有结构设计复杂，施工难度大，施工工艺要求高等特点，其结构还亟待在实践中不断探讨和完善。
本文以某枢纽扩能改造工程中坝大桥为例，对速度160 km/h双线铁路系杆拱的设计标准、设计参数、结构构造、结构计算分析、施工步骤进行了简单的介绍。
1 工程概况某枢纽中坝大桥位于中低山剥蚀、溶蚀地貌，河谷深切，呈“V”形，曲折蜿蜒，高程1120～1300 m，相对高差100～200 m，设计流量Q1/100=85 m3/s，随季节变化大。
河谷两侧植被茂密，以灌木为主，缓坡处多垦为耕地，陡壁处基岩大面积出露，有便道相通，交通条件较好。
主桥斜跨既有双线电气化铁路，斜交角度约36°(图1、图2)。
线路小里程端为中坝滑坡，既有铁路位于滑坡体下部以路堑通过。
1977年施工开挖后曾发生多次工程滑坡及坍滑，最后以在路堑左侧设置了10根抗滑桩及重力式抗滑挡墙进行治理得以稳定。
钢筋混凝土系杆拱桥施工专项方案中铁二十三局一公司南京江北沿江项目部400.6.1、工程概况沿江开发高等级公路（南京江北段）工程滁河大桥全长709.4m，包括主桥及引桥工程，双向四车道，分为左右两幅。
其中主桥上部采用72m单跨预应力混凝土系杆拱，计算跨径70米，拱轴线为二次抛物线，矢跨比为1/5，矢高为14米。
拱肋采用等截面工字型截面，系杆采用等截面箱型截面。
每片拱片设间距为5.0m的吊杆13根，采用7-55柔性吊索。
每幅桥由两个拱片组成，拱片之间有4道风撑联结。
拱肋、风撑为钢筋混凝土结构，系杆、横梁为预应力混凝土结构，吊杆为柔性吊索。
400.6.2、钢筋混凝土系杆拱预制方案400.6.2.1、构件分段情况预制件的分段长度和重量见下表。
400.6.2.2、总体施工方案场地布置主要考虑吊装运输方便及现场条件，预制场利用河北岸废弃的码头预制系杆、拱肋、拱肋端块件等重量较大的构件，通过浮吊来直接吊装运送到桥位；横梁、风撑、行车道板等重量较小的构件在30米箱梁预制场预制，通过便桥运输至主墩位置。
混凝土由自设拌和站供应，拌和机械为2台JS750强制式搅拌机，运输采用混凝土运输车运输。
在现场设立小型钢筋加工厂，加工所需钢筋材料。
根据构件设置一定数量的台座作为底模，底模保证构件的尺寸和形状，构件侧模一般采用钢模板，拱肋采用木模板。
400.6.2.3、预制场的布置用作预制场的场地为砂石码头，距离桥位300米，该处场地承载力较高。
预制场地须先整平压实，清表后填筑30cm碎石土，振动压路机碾压密实。
预制场地内应按照文明施工和标准化工地的要求进行布置。
设置台座、值班房、材料库、水池、过滤池，材料存放区台座区应采用混凝土硬化。
预制台座根据场地大小合理布置，预留一定施工空间和道路。
底模范围外的预制场地表面浇5cm厚C25混凝土，以防雨水渗透而影响地基承载力。
场地临时电力线按照用电技术规范设置，并设配电箱、漏电保护器等电气设备。
目录一、阐明........................................................................................ 错误!未定义书签。
1.1 重要技术规范.............................................................. 错误!未定义书签。
1.2构造简述....................................................................... 错误!未定义书签。
1.3 材料参数..................................................................... 错误!未定义书签。
1.4 设计荷载...................................................................... 错误!未定义书签。
1.5 荷载组合..................................................................... 错误!未定义书签。
1.6 计算施工阶段划分...................................................... 错误!未定义书签。
1.7 有限元模型阐明.......................................................... 错误!未定义书签。
二、重要施工过程计算成果........................................................ 错误!未定义书签。
2.1 张拉横梁第一批预应力张拉工况.............................. 错误!未定义书签。
桥梁70m系杆拱结构计算书一、工程概况(1)桥梁主桥上部采用71.8m单跨预应力混凝土系杆拱，为刚性系杆刚性拱，计算跨径L=70m，拱轴线为二次抛物线，矢跨比为1/5，矢高为14m。
拱肋采用等截面“I”字型截面，拱肋高1.4m，宽1.0 m；系杆采用等截面箱梁，系杆高1.6 m，宽1.0 m；每片拱片设间距为5m的吊杆13根，吊杆采用带PES护层的平行钢丝成品索；端横梁高度为 1.4m～1.449m，内横梁高度为 1.3m～1.349m，桥面双向1.5%横坡通过横梁高度的变化形成。
(2)吊杆采用两次张拉，张拉控制力和张拉顺序见《主跨上部结构施工顺序图》。
(3)主桥下部结构采用柱式墩、钻孔灌注桩基础。
柱距7.5米，截面为1.6米圆柱，每墩基础采用8根直径为Φ1.2米的钻孔灌注桩。
二、设计技术标准1．设计荷载：人群荷载3.5KN/m22．桥面宽度：0.3m（护栏）+ 5.9m（行车道）+0.3m（护栏）＝6.5m3．通航净空：45×5m，最高通航水位为10.458m4．纵坡竖曲线：纵坡2.5％，竖曲线半径为1000m5．设计地震烈度：6度，按7度设防，设计基本地震加速度值0.05g。
二、设计主要材料1.混凝土：主桥拱肋、主桥系杆、横梁为C50混凝土，预应力空心板为C50混凝土，行车道板、风撑、桥面现浇整体化混凝土为C40混凝土，墩帽、墩身、台帽、台身、承台、背墙、挡块、护栏、桥头搭板等为C30混凝土，钻孔灌注桩为C25混凝土，桥面铺装为砼混凝土。
2.预应力钢绞线：应符合ASTM A416－02a的规定。
单根钢绞线直径φS15.2mm，面积Ay＝140mm2，钢绞线标准强度fpk =1860MPa，弹性模量EP=1.95×105MPa。
3.吊杆材料：吊杆采用带PES护层的平行钢丝成品索，规格为φ7-37，fpk =1670MPa，锚具采用冷铸镦头锚。
4.普通钢筋：采用符合GB 13013-1991和GB1499-98国家标准的R235钢筋和HRB335钢筋。
系杆拱桥施工工艺•简介：中孔刚性系杆拱计算跨径L=42m，矢高f=7.0m，跨比D=1/6，拱轴线为二次抛物线型。
本文介绍了该拱桥的施工工艺。
•关键字：中孔刚性系杆拱，跨径，矢高，跨比，拱轴线，施工工艺一、工程概况中孔刚性系杆拱计算跨径L=42m，矢高f=7.0m，跨比D=1/ 6，拱轴线为二次抛物线型。
系梁采用工字型截面，高1.4m,翼宽0.8m，翼厚0.25，肋厚0.3，在与吊杆处渐变为宽0.8m，高1.4的矩形截面，至拱脚段渐变为高1.95的矩形截面；拱肋采用工字型截面，高1.3m，翼宽0.8m，翼厚0.25，肋厚0.4，在1/3跨处渐变为宽0.8m，高1.3的矩形截面；吊杆采用48φs5高强碳素钢丝，吊杆间距4.2m，全桥计2×9根吊杆，采用直径为245mm圆形截面，对应吊杆处设置横梁，行车道板搁置在横梁上。
二、中孔主要施工步骤及主要技术措施㈠、施打支架桩基，搭设系梁和横梁支架，预留通航孔，绑扎系梁、拱脚和端横梁钢筋，立模浇筑系梁、拱脚和端横梁砼。
1、支架基础处理：a、系杆支架基础：中孔桥跨位于水中，分三跨布置，中跨的支墩下采用6根15m长φ273钢管桩,壁厚7mm，搭设的临时承台，钢管桩的入土深度根据计算确定，承载力可根据贯入度进行双控，承台采用钢结构承台，上面用一组双层三排贝雷作支墩，支墩上安放砂筒；两边跨采用长10m的圆木桩，木桩上搁置18cm*20cm的木枋。
b、横梁支架基础：对于中跨横梁下，在系杆的临时支架插6根φ273的钢管桩，桩顶钢结构布置形式同系杆支架；边跨横梁下采用6根长10m的圆木桩。
2、支架搭设：根据结构计算，中跨每个系梁下采用单层3排27m桁构式贝雷纵梁，上下配加强弦杆,在贝雷纵梁上横向间距75CM铺一层20CM*18CM木方、纵向铺一层10CM*10CM的木枋及槽钢,在系梁下部吊杆的锚具孔附近的20*18CM木枋旁各放一根15CM*18C M间距50CM左右的小木枋，并垫到20CM高，在系梁浇筑后将小木枋抽出，以保证吊杆的锚具孔有一定的操作宽度，系梁支架预放贝雷梁弹性变形的预拱值。
东庄大桥系杆拱采用 70m 单跨预应力混凝土系杆拱，每一系杆内布设 12 束钢绞线，采用 8Φ s 15.2mm，钢束锚下张拉控制应力为0.72f =1339.2MPa。
pk每根横梁内布设 4 束 6Φ s15.2mm 钢绞线，每根横梁内布设 4 束 6 Φ s 15.2mm 钢绞线，每束锚下张拉控制应力为0.75f =1395MPa。
pk主桥吊杆采用 PESM7-37 拱桥专用吊杆，减震器、防水罩、球面支座等均为配套产品。
吊杆高强钢丝标准强度为 1670MPa，吊杆张拉顺序及张拉力详见下表。
吊杆号1、12 2、11 3、10 4、9 5、8 6、7 初张拉力(KN) 250 250 250 250 250 250 二次张拉力(KN) 400 500 500 500 500 500 张拉顺序 6 3 5 2 4 11、《锡北线剩余段航道整治工程东庄大桥施工图》；2、《公路桥涵施工技术规范》 (JTG/TF50-2022)3、《公路工程质量检验评定标准》 (JTG F80/1-2004)1、根据设计要求，系杆拱主桥 3、6、7、10 号中横梁采用预制吊装，湿接头浇筑后待混凝土强度达到90%以上且龄期不小于 7 天方可进行张拉作业。
先张拉上述中横梁第一批钢束 N1，N4 以及端横梁全部钢束，钢束锚下张拉控制应力 0.75f 。
张拉伸长量 N1、N2 为pk7.3cm，N3、N4 为 7.2cm。
2、对称张拉系杆第一批预应力钢束 N5~N8。
3、架设吊杆并进行初张拉，吊杆编号自左向右挨次为 1~12 号，吊杆索张拉顺序为6#→7#、4#→9#、2#→11#、5#→8#、3#→10#、1#→12#。
4、安装其余中横梁，并张拉其第一批钢束 N1、N4。
5、对称张拉系杆第二批预应力钢束 N1、N4、N9、N12。
6、对称张拉系杆第三批预应力钢束 N2、N3、N10、N11。
7、对吊杆索进行二次张拉，张拉顺序同初张拉顺序。
四川资阳市沱江三桥系杆、吊杆安装工程施工组织设计编制：廖德鸿复核：沈飞校核：批准：柳州欧维姆工程有限公司2012年5月19日目录一、工程概况二、编制依据三、主桥总体施工步骤四、施工工艺流程1.系杆施工工艺流程2.吊杆施工工艺流程五、施工质量控制六、施工进度计划七、施工组织管理机构八、施工主要机具九、施工安全保证措施一、工程概况四川资阳市沱江三桥为中承飞燕式提篮拱桥，主桥分为60＋180＋60m三跨，桥面全宽为双向二车道外加人行道。
主跨拱肋采用钢管砼拱空间桁架结构，跨中肋间中距20.1 m。
主孔拱肋为等截面，主拱墩顶间的跨度为180米，每片拱布置6根水平系杆，一共12根系杆，均采用环氧全喷涂装高强低松弛钢绞线，外包双层HDPE护套成品索；规格为=1860MPa，弹性模量为1.95×105MPa；系杆锚具采用可换索式钢55фS15.20,极限强度R by绞线系杆锚具，规格为OVMXGK15A-55。
边拱肋是为系杆提供锚固端，从而平衡主拱推力而设置。
系杆从主拱肋外侧及拱肋两弦管内通过，两端锚固于边拱端横梁上。
全桥共设置单吊杆27对，共54根，吊杆为OVM.GJ钢绞线挤压拉索，由31фS15.20无粘结环氧全喷涂装高强低松弛钢绞线缠包热挤HDPE组成，拱肋上端锚具为OVM.GJ15B-31张拉端锚具，下端为OVM.GJ15D-31铰接锚具。
图1 桥梁概况图二、编制依据1、《资阳市沱江三桥初步设计》, 四川西南交大土木工程设计有限公司；2、《资阳市沱江三桥施工图设计》，四川西南交大土木工程设计有限公司；3、《公路桥涵施工技术规范》，（JTG/T F50-2011）4、《OVM.GJ钢绞线整束挤压拉索体系》，（OVM技术、资料档案）5、《斜拉桥热挤聚乙烯拉索技术条件》，（JT/T6-94）三、主桥总体施工步骤主桥采用“先拱后梁”的施工方法，主要施工步骤如下：1、利用施工平台和已浇筑好的承台、交界墩、拱座架设临时支承，在满堂支架上进行主桥边拱拱肋，边拱立柱，边拱横梁，主拱立柱横梁的施工；2、分节段吊装主跨拱肋，并同时拉好八字抗风索，安装主拱风撑及肋间横梁劲性骨架，主拱拱肋临时铰封铰，浇注拱座封铰砼；3、灌注主拱拱肋混凝土；4、安装系杆并第一次张拉拆除支架及钢管桩；5、现浇边跨立柱及横梁，同时安装主拱吊杆及横梁，第二次张拉系杆；6、边跨立柱横梁和主拱吊杆及横梁吊装完成，同时张拉吊杆和系杆；7、吊装桥面板完成后，吊杆和系杆调索；8、二期恒载施工，张拉吊杆和系杆到设计最终索力。
