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計思路及結構形式。
　　關鍵詞：扣點 結構設計 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，主體結構按照鐵路雙線橋設計。
　　黃河特大橋主體結構采用提籃式鋼管混凝土拱橋，由兩根主拱肋與橫向聯結系組成，內傾角采用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，根據鋼管重量結合纜索起重機設計吊裝能力，前6段采用單肢吊裝，其余采用整體吊裝的施工方法。

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

　　2、設計方案
　　拱肋扣點作為扣索與拱肋連接的節點，其重要性不言而喻。由于拱肋節段重量各不相同，大小、角度各異，作為索力傳導的關鍵部位，扣點的設計有一定的難度。扣點結構設計的合理性還直接關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置鋼錨梁，連接吊裝的主拱肋與扣索。鋼錨梁通過拱肋的節點板支承拱肋，并以螺栓與拱肋節點板的綴板臨時連接。
　　優點：
　　(1)扣索力由錨梁傳于拱肋上，對拱肋的直接影響小;
　　(2)減少傳統的扣點由于焊縫過多給主結構帶來的不利影響。
　　缺點：
　　(1)自重很大，浪費材料;
　　(2)由于扣索要穿過上弦拱管，經過橫向連接系，有可能會產生干擾，需加設臨時橫撐，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。
　　優點：
　　(1)拱肋、扣點受力明確;
　　(2)結構輕巧、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，可能會傷及拱管內混凝土。
　　3、扣點設計與結構分析
　　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的梁單元模型和扣掛系統區域板單元計算模型。根據設計圖紙和施工方案，選取具有代表性的施工階段和關鍵位置進行分析。具體選擇選取1/4跨處和跨中兩個扣掛系統的節段進行局部受力性能的分析。
　　3.1 工況分析
　　計算時，將系統(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，另外考慮當地的風速及風向的不同，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，所加風荷載按當地極限風速34m/s考慮，即驗算最不利的條件下，結構的安全性能。
　　3.2 結構受力計算
　　對扣點結構及扣點附近的拱肋本身進行承載力極限狀態與正常使用極限狀態分析。
　　3.2.1 扣耳型
　　對于1/4節段，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鋼銷、鋼錨箱和拉索并最終傳遞到扣塔上面，扣耳應力分布圖如圖5所示。
　　根據我國《鐵路橋梁鋼結構設計規范》，Q345D鋼材的容許應力為200Mpa。
　　在工況下，扣耳處整體應力基本控制在30MPa以內，在扣耳孔處存在應力集中，達到95.3Mpa;扣耳板同上拱肋相接處存在應力集中，達173Mpa。
　　上拱肋的整體應力基本控制在30MPa以內，同扣耳板相接處存在應力集中，達170Mpa;下拱肋的應力分布較為均勻，基本控制在30MPa以內，在端部同梁單元耦合處存在應力集中，達到117Mpa。
　　十字撐和加勁環處的應力基本控制在50Mpa以內，在扣耳處均存在應力集中，其中，加勁環局部應力達到170Mpa，十字撐則達99.8Mpa。
　　平連板以及平連板縱肋，綴條的應力分布較為均勻，均控制在70Mpa以內;上下拱肋之間的工字鋼應力控制在30Mpa以內;節點板的應力分布較為均勻，大部分控制在20Mpa以內，同拱肋相接處存在應力集中，達到47.3Mpa。上述構件雖有應力集中，但最大應力均遠小于200Mpa，構件安全。
　　另外，上橫撐、下橫撐、上斜前撐、上斜后撐、斜撐和中豎撐應力均很小且均勻，在相接處稍有應力集中，但基本控制在20Mpa以內，可見，該類支撐在拱肋施工階段主要起穩定作用。
　　從上圖可以看出，錨箱的應力總體在50Mpa以內，但在下擋板處，應力達到195Mpa。
　　拉帶的應力不大，且分布較為均勻，在耳口處存在應力集中，達到81.2Mpa;連接板在同下擋板連接的區域存在著較高的應力集中，達到185Mpa。另外，上擋板的應力僅為4.26Mpa，說明其在施工過程中僅對鋼錨箱起整體穩定的作用。
　　3.2.2 挑梁型
　　其中，鋼挑梁下翼板大部分應力控制在100Mpa以內，但在翼板兩端拉索錨固區域存在著較大的應力集中，高達195Mpa;挑梁橫向加勁板大部分區域應力控制在50Mpa以內，兩端拉索錨固區域亦存在著較大的應力集中，高達195Mpa;挑梁縱向加勁板應力大部分控制在50Mpa以內，兩端拉索錨固區域亦存在較大的應力集中，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，最終局部應力達到180 Mpa，滿足要求。
　　其它構件之間在相接處亦存在應力集中，但集中程度不嚴重，且最大應力都控制在100Mpa以內，構件安全。
　　4、結語
　　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力，這樣就需要設計很長的角焊縫，不利于發揮結構的優勢，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，設置扣耳型扣點的話，就可以發揮結構輕便、受力明確的優點。
　　準朔黃河特大橋在靠近拱肋處節段采用扣耳型扣點，靠近跨中處節段采用錨梁型扣點，充分發揮了各自結構的優勢，節約成本，施工操作性強，值得同類型結構設計的借鑒。