鄂爾多斯市某下承式連續(xù)梁拱組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

丁 勇

0 引言

拱與梁的組合結(jié)構(gòu)形成新的結(jié)構(gòu)體系，使拱與梁在外荷載的作用下，其受力性能都得到較好的發(fā)揮，同時(shí)拱梁的組合呈現(xiàn)美觀的造型又兼具較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。因其結(jié)構(gòu)輕巧且可以做成外部無推力，也適用于軟弱地基上的建設(shè)。該結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，為多次超靜定結(jié)構(gòu)，為較好把握該結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，現(xiàn)對鄂爾多斯市某下承式連續(xù)梁拱組合體系橋進(jìn)行研究分析。

1 工程概況

該橋所跨河流河口寬90 m，橋梁中心線的法線與規(guī)劃河道順交4°，橋梁按與道路正交布置。該橋跨徑組合為:28 m+58 m+28 m=114 m，橋?qū)?0.6 m，雙向八車道，采用下承式連續(xù)梁拱組合體系。

1.1 主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

1)道路等級:一級公路;2)環(huán)境類別:Ⅱ級;3)荷載標(biāo)準(zhǔn):公路—Ⅰ級;4)計(jì)算行車速度:80 km/h;5)橋梁寬度:0.3 m(人行道欄桿)+4.5 m(人行道)+15.8 m(機(jī)動車道)+0.5 m(防撞護(hù)欄)+8.4 m(中央分隔帶)+0.5 m(防撞護(hù)欄)+15.8 m(機(jī)動車道)+4.5 m(人行道)+0.3 m(人行道欄桿)=50.6 m;6)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn):擬建場地類別為Ⅱ類，工程區(qū)域地震動峰值加速度為0.05g，抗震設(shè)防烈度為6度，本橋?qū)儆贐類橋梁，因而可只進(jìn)行抗震措施設(shè)計(jì);7)橋面縱坡:雙向1.8%;8)橋面橫坡:雙向2%(機(jī)動車道)，－1%(人行道);9)臺后填土高度:6 m左右。

1.2 橋梁上部結(jié)構(gòu)

上部結(jié)構(gòu)采用下承式連續(xù)梁拱組合體系。

主梁采用3跨變截面連續(xù)箱梁，總長為114 m，跨徑組合為28 m+58 m+28 m。橋梁采用大懸臂單箱四室斷面，箱體按直線布置，箱梁懸臂采用變長度以滿足道路平面曲線線型。梁底曲線為二次拋物線，箱梁跨中截面梁高1.7 m，箱梁根部截面梁高3.2 m。箱梁頂寬50.6 m，底寬40.6 m，懸臂均長5.0 m。箱梁頂板厚0.25 m ～0.4 m，腹板厚度0.8 m ～1.2 m，底板厚0.25 m ～0.7 m。

主拱采用平行綴板桁架式拱，主桁高2.5 m，桁寬為變截面，由根部1.848 m變至拱頂5 m，節(jié)間水平投影長為2.5 m。拱軸線半徑為41.042 m，拱軸理論矢高12 m，矢跨比1/4.83，拱肋桁架上下弦拱軸線采用圓曲線。上弦桿采用D60×1.2cm鋼管混凝土，下弦桿采用D80×1.6cm鋼管混凝土，腹桿采用45×35×1.6矩形鋼管。

吊桿間距5 m，共計(jì)10根，采用高強(qiáng)鋼絲成品吊桿，吊桿鋼絲采用φ7mm雙層鍍鋅高強(qiáng)鋼絲，每根編束數(shù)為85絲，吊桿外熱擠壓黑色(內(nèi))和彩色(外)HDPE(兩層)。吊桿采用吊桿專用錨具(設(shè)計(jì)時(shí)參考OVMLZM7-85型錨具，可采用符合國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的其他同類型產(chǎn)品)。由于構(gòu)造限制采用上端錨固，下端為張拉端。

橋梁總體布置圖見圖1，圖2。

圖1 橋梁立面布置圖（單位：cm）

圖2 橋梁橫斷面布置圖（單位：cm）

1.3 主要施工步驟

主橋施工按照“先梁后拱”的原則實(shí)施，全橋施工過程如下:

1)樁基施工→承臺施工→墩身臺身施工→主梁下地基處理→搭設(shè)主梁的現(xiàn)澆支架→支架預(yù)壓;

2)現(xiàn)澆主梁→張拉縱向鋼束;

3)張拉橫向橋面鋼束;

4)主梁上搭設(shè)支架，安裝拱肋臨時(shí)連接座→拱肋工地預(yù)拼裝→主梁上在拱肋范圍內(nèi)搭設(shè)支架;

5)分三個(gè)節(jié)段架設(shè)主梁拱肋→調(diào)整拱軸線→拱肋節(jié)段間連接焊接完成→焊接拱腳連接→安裝全部吊桿;

6)拆除拱肋支架→同時(shí)泵送兩根上弦鋼管混凝土→上弦鋼管中混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%→泵送下弦鋼管中混凝土→下弦混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度;

7)張拉吊桿，每根吊桿分批張拉至70 t→拆除主梁支架，主橋全部落架。

2 結(jié)構(gòu)分析

2.1 靜力分析

結(jié)構(gòu)分析計(jì)算程序采用MIDAS/Civil進(jìn)行全橋結(jié)構(gòu)分析，將主梁用梁格法劃分，并采用梁單元照實(shí)模擬拱肋和連梁，采用索單元模擬吊桿，建立全橋桿系有限元模型。逐階段計(jì)算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、應(yīng)力和撓度，在運(yùn)營階段按結(jié)構(gòu)重力、汽車荷載、預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮徐變、溫度作用、基礎(chǔ)變位作用對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析。計(jì)算模型見圖3。

圖3 全橋模型

僅加載自重、二期恒載及拉索力時(shí)，橋梁模型中跨邊縱梁跨中和吊點(diǎn)橫梁吊點(diǎn)處彎矩較大。經(jīng)過分析，因?yàn)楸緲驑蛎孑^寬，拱肋對跨中的加強(qiáng)作用在邊縱梁處的影響較小。在配預(yù)應(yīng)力時(shí)，考慮此因素，在中跨邊縱梁處設(shè)置比中縱梁更多的預(yù)應(yīng)力束，并在吊點(diǎn)橫梁處設(shè)置預(yù)應(yīng)力束。

將預(yù)應(yīng)力束計(jì)入模型后計(jì)算，主梁縱梁上下截面基本上都受壓，最大壓應(yīng)力為13.5 MPa，吊點(diǎn)橫梁上下截面除吊點(diǎn)處有小于1 MPa的尖刺拉應(yīng)力，其余都受壓，最大壓應(yīng)力5.5 MPa。三條拱肋的最大應(yīng)力為75 MPa，連梁最大應(yīng)力為67 MPa。

由計(jì)算分析得:中跨較大的剪力主要由拱壓力的豎向分力抵抗，而邊跨較小的剪力可由邊跨梁承受。拱肋對中跨有加強(qiáng)作用，中跨與邊跨內(nèi)力的相互影響大為減弱，使非通航邊跨的跨度減小。

2.2 穩(wěn)定分析

對于下承式連續(xù)梁拱組合體系橋而言，拱肋為受壓構(gòu)件。橋面上又有預(yù)應(yīng)力作用。因此在設(shè)計(jì)中采用有限元程序?qū)蛄旱慕Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。

經(jīng)過分析，本橋的穩(wěn)定性系數(shù)為12.3，說明結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定儲備是足夠的。結(jié)構(gòu)第一階振型見圖4。

圖4 橋梁第一階振型

3 結(jié)語

1)下承式連續(xù)梁拱組合橋是一種造型美觀、適用跨徑范圍大、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好且穩(wěn)定的橋梁。在預(yù)應(yīng)力技術(shù)迅速發(fā)展的今天，因這種橋梁在構(gòu)造、施工方面的改善，使其比相同跨徑的其他橋梁具有更加明顯的競爭力。2)一般連續(xù)梁橋的中支點(diǎn)截面是一個(gè)受力控制截面，但下承連續(xù)拱梁組合橋的拱并不加強(qiáng)此截面，而是通過對中跨的加強(qiáng)使內(nèi)力重新分布，并將荷載由拱直接傳遞到支點(diǎn)，充分發(fā)揮了拱和梁的優(yōu)點(diǎn)。

［1］ 李國平.連續(xù)拱梁組合橋的性能與特點(diǎn)［J］.橋梁建設(shè)，1999(1):10-13.

［2］ 金成棣.預(yù)應(yīng)力混凝土梁拱組合橋梁——設(shè)計(jì)研究與實(shí)踐［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［3］ 蔣彥征，李國平.預(yù)應(yīng)力混凝土梁拱組合橋受力分析［J］.華東公路，1999(6):73-74.