摘 要：黃河特大橋主橋為1×380m提籃型上承式鋼管混凝土拱，鋼管拱總重量9082t，單元拱節(jié)最重412t，采用纜索吊吊裝、扣塔扣掛的方法施工。本文介紹了拱肋扣點的設(shè)計思路及結(jié)構(gòu)形式。
　　關(guān)鍵詞：扣點 結(jié)構(gòu)設(shè)計 扣耳 錨梁
　　1、工程概況
　　準朔鐵路起點為山西省朔州市店坪站，終點為內(nèi)蒙古鄂爾多斯市準格爾旗紅進塔站，全長206.231Km。黃河特大橋是準朔鐵路跨黃河的一座特大橋，位于黃河中游龍口峽谷段，全橋位于4.8‰及6‰的下坡道上，除東側(cè)引橋位于R=600m的曲線段外，其余均位于直線地段。橋全長655.60m，主體結(jié)構(gòu)按照鐵路雙線橋設(shè)計。
　　黃河特大橋主體結(jié)構(gòu)采用提籃式鋼管混凝土拱橋，由兩根主拱肋與橫向聯(lián)結(jié)系組成，內(nèi)傾角采用8°。拱肋計算跨度為360m，矢跨比1/6，每根拱肋由4肢φ1500mm壁厚30~50mm鋼管組成。鋼管拱全長由32段基本段與1段合攏段組成，采用纜索吊裝、斜拉扣掛方法施工，根據(jù)鋼管重量結(jié)合纜索起重機設(shè)計吊裝能力，前6段采用單肢吊裝，其余采用整體吊裝的施工方法。

節(jié)段號	S1	S2	S3	S4	S5	S6	S7	S8
重量（T）	412	251	313	257	328	240	263	244
節(jié)段號	S9	S10	S11	S12	S13	S14	S15	S16
重量（T）	246	217	221	218	222	207	207	214

　　2、設(shè)計方案
　　拱肋扣點作為扣索與拱肋連接的節(jié)點，其重要性不言而喻。由于拱肋節(jié)段重量各不相同，大小、角度各異，作為索力傳導(dǎo)的關(guān)鍵部位，扣點的設(shè)計有一定的難度。扣點結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性還直接關(guān)系到拱肋的吊裝重量、操作的便利性。通過研究選定了兩種扣點形式。
　　2.1 鋼錨梁型扣點
　　扣索拱肋端采用鋼錨梁。通過在上弦鋼管之下設(shè)置鋼錨梁，連接吊裝的主拱肋與扣索。鋼錨梁通過拱肋的節(jié)點板支承拱肋，并以螺栓與拱肋節(jié)點板的綴板臨時連接。
　　優(yōu)點：
　　(1)扣索力由錨梁傳于拱肋上，對拱肋的直接影響小;
　　(2)減少傳統(tǒng)的扣點由于焊縫過多給主結(jié)構(gòu)帶來的不利影響。
　　缺點：
　　(1)自重很大，浪費材料;
　　(2)由于扣索要穿過上弦拱管，經(jīng)過橫向連接系，有可能會產(chǎn)生干擾，需加設(shè)臨時橫撐，扣點的位置也需要事先精確定位。
　　2.2 扣耳型扣點
　　采用在鋼管拱上直接焊接扣耳板，通過錨箱、錨具與扣索連接。
　　優(yōu)點：
　　(1)拱肋、扣點受力明確;
　　(2)結(jié)構(gòu)輕巧、簡單，便于施工。
　　缺點：
　　(1)角度越平緩就需要很長的焊縫，損傷母材;
　　(2)由于黃河橋頂升混凝土時不拆除扣索，所以造成扣點拆除困難，可能會傷及拱管內(nèi)混凝土。
　　3、扣點設(shè)計與結(jié)構(gòu)分析
　　計算分析采用通用有限元程序ANSYS，基于混合單元方法同時建立施工過程拱肋及扣塔系統(tǒng)的梁單元模型和扣掛系統(tǒng)區(qū)域板單元計算模型。根據(jù)設(shè)計圖紙和施工方案，選取具有代表性的施工階段和關(guān)鍵位置進行分析。具體選擇選取1/4跨處和跨中兩個扣掛系統(tǒng)的節(jié)段進行局部受力性能的分析。
　　3.1 工況分析
　　計算時，將系統(tǒng)(包括塔架、扣索等)受到的縱橫向風力荷載與扣塔自重、扣索力等荷載進行組合，分別對組合后的各工況進行計算。施工過程中，拱肋的自重為所有荷載的主要部分，另外考慮當?shù)氐娘L速及風向的不同，分取三個計算工況：
　　工況一：全橋自重×1.3+扣索力;
　　工況二：全橋自重×1.3+扣索力+橫橋向極限風荷載(34m/s);
　　工況三：全橋自重×1.3+扣索力+順橋橋向極限風荷載(34m/s);
　　考慮到施工過程中其它未知因素，計算時拱肋自重取實際重量的1.3倍;另外，所加風荷載按當?shù)貥O限風速34m/s考慮，即驗算最不利的條件下，結(jié)構(gòu)的安全性能。
　　3.2 結(jié)構(gòu)受力計算
　　對扣點結(jié)構(gòu)及扣點附近的拱肋本身進行承載力極限狀態(tài)與正常使用極限狀態(tài)分析。
　　3.2.1 扣耳型
　　對于1/4節(jié)段，扣耳同鋼錨箱通過鋼銷相連，拱肋的重量及外荷載通過扣耳經(jīng)鋼銷、鋼錨箱和拉索并最終傳遞到扣塔上面，扣耳應(yīng)力分布圖如圖5所示。
　　根據(jù)我國《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，Q345D鋼材的容許應(yīng)力為200Mpa。
　　在工況下，扣耳處整體應(yīng)力基本控制在30MPa以內(nèi)，在扣耳孔處存在應(yīng)力集中，達到95.3Mpa;扣耳板同上拱肋相接處存在應(yīng)力集中，達173Mpa。
　　上拱肋的整體應(yīng)力基本控制在30MPa以內(nèi)，同扣耳板相接處存在應(yīng)力集中，達170Mpa;下拱肋的應(yīng)力分布較為均勻，基本控制在30MPa以內(nèi)，在端部同梁單元耦合處存在應(yīng)力集中，達到117Mpa。
　　十字撐和加勁環(huán)處的應(yīng)力基本控制在50Mpa以內(nèi)，在扣耳處均存在應(yīng)力集中，其中，加勁環(huán)局部應(yīng)力達到170Mpa，十字撐則達99.8Mpa。
　　平連板以及平連板縱肋，綴條的應(yīng)力分布較為均勻，均控制在70Mpa以內(nèi);上下拱肋之間的工字鋼應(yīng)力控制在30Mpa以內(nèi);節(jié)點板的應(yīng)力分布較為均勻，大部分控制在20Mpa以內(nèi)，同拱肋相接處存在應(yīng)力集中，達到47.3Mpa。上述構(gòu)件雖有應(yīng)力集中，但最大應(yīng)力均遠小于200Mpa，構(gòu)件安全。
　　另外，上橫撐、下橫撐、上斜前撐、上斜后撐、斜撐和中豎撐應(yīng)力均很小且均勻，在相接處稍有應(yīng)力集中，但基本控制在20Mpa以內(nèi)，可見，該類支撐在拱肋施工階段主要起穩(wěn)定作用。
　　從上圖可以看出，錨箱的應(yīng)力總體在50Mpa以內(nèi)，但在下?lián)醢逄帲瑧?yīng)力達到195Mpa。
　　拉帶的應(yīng)力不大，且分布較為均勻，在耳口處存在應(yīng)力集中，達到81.2Mpa;連接板在同下?lián)醢暹B接的區(qū)域存在著較高的應(yīng)力集中，達到185Mpa。另外，上擋板的應(yīng)力僅為4.26Mpa，說明其在施工過程中僅對鋼錨箱起整體穩(wěn)定的作用。
　　3.2.2 挑梁型
　　其中，鋼挑梁下翼板大部分應(yīng)力控制在100Mpa以內(nèi)，但在翼板兩端拉索錨固區(qū)域存在著較大的應(yīng)力集中，高達195Mpa;挑梁橫向加勁板大部分區(qū)域應(yīng)力控制在50Mpa以內(nèi)，兩端拉索錨固區(qū)域亦存在著較大的應(yīng)力集中，高達195Mpa;挑梁縱向加勁板應(yīng)力大部分控制在50Mpa以內(nèi)，兩端拉索錨固區(qū)域亦存在較大的應(yīng)力集中，達到190Mpa;連接鋼挑梁和上拱肋的肋板同上拱肋相交的部分存在著應(yīng)力集中，高達240Mpa，所以在連接肋板部位加入了翼緣板，最終局部應(yīng)力達到180 Mpa，滿足要求。
　　其它構(gòu)件之間在相接處亦存在應(yīng)力集中，但集中程度不嚴重，且最大應(yīng)力都控制在100Mpa以內(nèi)，構(gòu)件安全。
　　4、結(jié)語
　　拱肋越靠近跨中，角度越平緩，如采用扣耳型扣點的話，其與拱肋的焊縫主要承受與焊縫方向平行的剪應(yīng)力，這樣就需要設(shè)計很長的角焊縫，不利于發(fā)揮結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，易帶來安全隱患，還會傷及拱肋母材，所以采用錨梁型扣點。
　　而靠近拱腳處拱肋，扣索施力方向與扣點焊縫方向幾近垂直，設(shè)置扣耳型扣點的話，就可以發(fā)揮結(jié)構(gòu)輕便、受力明確的優(yōu)點。
　　準朔黃河特大橋在靠近拱肋處節(jié)段采用扣耳型扣點，靠近跨中處節(jié)段采用錨梁型扣點，充分發(fā)揮了各自結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，節(jié)約成本，施工操作性強，值得同類型結(jié)構(gòu)設(shè)計的借鑒。