四川漢源縣龍?zhí)稖?號(hào)橋設(shè)計(jì)與施工

蔣益民

(中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司　武漢　430056)

四川漢源縣龍?zhí)稖?號(hào)橋設(shè)計(jì)與施工

蔣益民

(中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司武漢430056)

摘要以四川漢源縣龍?zhí)稖?號(hào)橋?yàn)槔?，介紹了上承式鋼筋混凝土空腹箱型無鉸拱橋的受力特點(diǎn)和相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的選用；采用三維空間程序?qū)υ摌蜻M(jìn)行了計(jì)算，驗(yàn)證了該結(jié)構(gòu)的抗震性能和穩(wěn)定性。提出了用軍用梁施工拱肋的施工方案，并進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算。該方案通過調(diào)節(jié)下弦桿長(zhǎng)度能較好地?cái)M合拱肋懸鏈線，并可通過橫向增減梁片來適應(yīng)拱肋寬度和拱架施工期間的內(nèi)力要求。

關(guān)鍵詞拱橋設(shè)計(jì)與施工軍用梁

1工程概況

四川漢源縣新縣城龍?zhí)稖?號(hào)橋?yàn)樯铣惺戒摻罨炷量崭瓜湫蜔o鉸拱橋，孔跨布置為20 m+90 m+20 m，橋梁總長(zhǎng)141.5 m，見圖1。該橋設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為公路I級(jí)，人群3.0 kN/m2；設(shè)計(jì)車速50 km/h；橋梁寬度20.0 m；雙向4車道；抗震設(shè)防烈度按《工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告》[1]取值；抗震設(shè)防類別按《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T B02-01-2008)取值。

主橋采用上承式鋼筋混凝土空腹箱型無鉸拱橋，主橋拱肋跨度為84 m，拱肋矢跨比為1/5。拱軸線采用懸鏈線，拱軸系數(shù)m=1.5。

主橋拱上結(jié)構(gòu)跨度布置采用10 m跨度形式，共布置9孔，橋面系由16片預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁組成。橋面系簡(jiǎn)支空心板梁支撐在拱上立柱的蓋梁上。主橋兩岸均設(shè)2孔20 m預(yù)應(yīng)力空心板與橋臺(tái)連接。

橋梁全長(zhǎng)141.5 m，設(shè)置2道伸縮縫，橋面寬20 m，橋面縱坡2.6%，橋面橫坡雙向2.0%，橋梁部分位于半徑500 m圓曲線上。由于橋梁部分位于曲線上，拱肋及拱座基礎(chǔ)仍按直線設(shè)計(jì)，僅拱上1，2號(hào)立柱帽梁偏移，以適應(yīng)曲線變化。

圖1橋型布置圖(單位：cm)

2主拱肋總體設(shè)計(jì)

由于橋址處河道寬約150 m，僅有行洪要求、無通航要求。根據(jù)兩岸接線高程和最高行洪水位及地質(zhì)條件，本橋采用上承式拱橋能減小跨度和建橋規(guī)模，故本橋采用上承式拱，拱肋跨度為84 m。三鉸拱和兩鉸拱結(jié)構(gòu)整體性差、構(gòu)造復(fù)雜、施工困難、不利于抗震，因此本橋采用無鉸拱。拱軸線的形狀直接影響主拱圈的內(nèi)力大小和分布，經(jīng)比較本橋恒載壓力線與懸鏈線較為接近，故本橋采用懸鏈線拱[2]。

拱肋矢跨比和拱軸系數(shù)的大小直接關(guān)系到其內(nèi)力大小和分布，根據(jù)規(guī)范要求和本橋主拱圈拱腳處負(fù)彎矩絕對(duì)值大于拱頂處正彎矩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用較大的矢跨比對(duì)拱圈受力較為有利，經(jīng)分析比較本橋拱肋矢跨比取1/5、拱軸系數(shù)m取1.5。

3主拱肋及拱上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主拱肋采用C50混凝土，截面采用寬15.0 m，高1.5 m的單箱4室普通鋼筋混凝土箱型斷面，頂、底板厚度均為25 cm，腹板厚度均為45 cm。每個(gè)拱上立柱所對(duì)應(yīng)的位置均設(shè)一80 cm厚的橫隔板，拱腳根部段設(shè)置2.5 m長(zhǎng)的拱托(實(shí)體段)，形成過渡段，與拱托相接處拱肋設(shè)置1 m實(shí)體段，以便合理傳遞主拱及拱上結(jié)構(gòu)荷載至拱座。

主拱肋通過拱上立柱、蓋梁與橋面行車道板連接，拱上立柱共8根，采用3柱式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，截面為矩形。其中1，2，7，8號(hào)立柱橫向尺寸均為1.2 m，順橋向尺寸為1.0 m，1，8號(hào)立柱設(shè)置1道橫系梁[3]，橫系梁尺寸為0.8 m×0.8 m，以增強(qiáng)立柱結(jié)構(gòu)的橫向穩(wěn)定； 3～6號(hào)立柱橫向尺寸均為1.2 m，順橋向尺寸為0.8 m。

在立柱底部設(shè)立柱基座及橫向墊梁，基座最矮側(cè)0.5 m，高側(cè)根據(jù)位置不同變化。墊梁與基座同高，與立柱同寬。施工時(shí)要求立柱基座、墊梁與相應(yīng)拱肋一同施工。

橋面系由16片跨徑為20.0 m或10.0 m的預(yù)應(yīng)力空心板組成。10 m空心板高55 cm，頂?shù)装搴?2 cm，腹板厚23 cm；20 m空心板高90 cm，頂?shù)装搴?2 cm，腹板厚23 cm，標(biāo)準(zhǔn)橫斷面見圖2。

圖2標(biāo)準(zhǔn)橫斷面(單位：cm)

簡(jiǎn)支板梁采用橋面連續(xù)體系，以改善橋面行車條件，最大連續(xù)長(zhǎng)度為130 m。

4結(jié)構(gòu)抗震和靜力穩(wěn)定性計(jì)算

由于本橋?yàn)椤?·12汶川大地震”災(zāi)后重建區(qū)內(nèi)的援建工程，故對(duì)該橋進(jìn)行了結(jié)構(gòu)抗震和靜力穩(wěn)定性計(jì)算。

(1) 計(jì)算圖式。本橋成橋狀態(tài)的動(dòng)力特性采用MADIS空間分析程序進(jìn)行計(jì)算，橋墩、主梁與拱均采用空間梁?jiǎn)卧?，拱與立柱之間用剛性彈簧連接，拱與基礎(chǔ)交接處采用固結(jié)，墩底固結(jié)，拱上梁跨為簡(jiǎn)支梁，立柱上支座采用彈簧單元模擬，其成橋狀態(tài)計(jì)算圖式見圖3。

圖3成橋狀態(tài)計(jì)算圖式

(2) 結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性及地震響應(yīng)計(jì)算。成橋狀態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性見表1。

表1　成橋狀態(tài)動(dòng)力特性

經(jīng)驗(yàn)算，最不利截面墩柱底的地震響應(yīng)均在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)抗震性能分析表明，結(jié)構(gòu)各部位的地震響應(yīng)均在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)，說明結(jié)構(gòu)具有足夠的抗震性能。

(3) 結(jié)構(gòu)靜力穩(wěn)定性分析。本橋?qū)Τ蓸驙顟B(tài)和施工裸拱狀態(tài)的靜力穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，本橋的穩(wěn)定性計(jì)算采用空間有限元法進(jìn)行，有限單元法采用MADIS空間分析程序進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算模型同前述的動(dòng)力特性計(jì)算圖式，各工況計(jì)算結(jié)果見表2。

表2　成橋狀態(tài)和施工裸拱狀態(tài)的穩(wěn)定安全系數(shù)

由表2可見，該橋無論是成橋狀態(tài)還是施工裸拱狀態(tài)，其穩(wěn)定安全系數(shù)均大于4[4]，滿足拱橋的穩(wěn)定安全系數(shù)的有關(guān)規(guī)定。

5拱肋施工及關(guān)鍵技術(shù)

本橋采用軍用梁作為承力構(gòu)件施工拱肋，軍用梁拱架橫向布置15片軍用梁，每片間距為1.07 m。拱橋的拱圈為懸鏈線，實(shí)際施工時(shí)設(shè)置一定的預(yù)拱度，懸鏈線的擬合采用調(diào)接下弦桿長(zhǎng)度進(jìn)行，見圖4。

圖4軍用梁拱架計(jì)算圖式

本橋拱圈施工為對(duì)稱分段分環(huán)施工，拱圈施工始終遵循對(duì)稱施工的原則，即以拱頂橫斷面為界南北兩岸對(duì)稱進(jìn)行施工；拱圈施工橫向不分環(huán)，一次澆注完成，沿縱向分為7段，豎向分2環(huán)進(jìn)行(拱托及拱腳2.5 m范圍內(nèi)不分環(huán))，拱圈分段處設(shè)間隔縫，縫寬1～2 m。

根據(jù)拱圈施工時(shí)軍用梁拱架的實(shí)際受力情況對(duì)拱架進(jìn)行了施工期間應(yīng)力、位移及穩(wěn)定分析。經(jīng)計(jì)算軍用梁拱架最大計(jì)算組合應(yīng)力為157 MPa(見圖5)小于200 MPa，滿足軍用梁強(qiáng)度要求；最大豎向位移為5.4 cm(見圖6)小于L/1 000=8.4 cm，滿足施工規(guī)范要求；整體穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果第一階為縱向失穩(wěn)，穩(wěn)定系數(shù)為10.2(見圖7)、第二階為扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)，穩(wěn)定系數(shù)為12.9(見圖8)，穩(wěn)定安全系數(shù)均大于4[5]，滿足拱架穩(wěn)定安全系數(shù)的要求。

圖5拱架強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力等值線圖(單位：MPa)

圖6拱架強(qiáng)度計(jì)算位移等值線圖(單位：mm)

圖7拱架第一階為縱向失穩(wěn)模態(tài)

圖8拱架第二階為扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)模態(tài)

6結(jié)語(yǔ)

本橋采用上承式拱橋減小了跨度和建橋規(guī)

模，采用無鉸拱結(jié)構(gòu)整體性好、構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便、有利于抗震。本橋采用懸鏈線拱、拱肋矢跨比取1/5、拱軸系數(shù)m取1.5，使拱肋結(jié)構(gòu)受力較為均勻，滿足在各種工況條件下拱肋全截面受壓的要求。

本橋采用軍用梁作為承力構(gòu)件施工拱肋，簡(jiǎn)單方便，整體性好，采用調(diào)接下弦桿長(zhǎng)度可較好的擬合拱肋懸鏈線，橫向可通過增減拱架梁片來適應(yīng)拱肋寬度和拱架施工期間的內(nèi)力以滿足施工的要求，可為類似橋梁提供借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)

[1]武漢地震工程研究院,四川賽思特科技有限公司.漢源縣新縣城2號(hào)主干道龍?zhí)稖?號(hào)橋、2號(hào)橋工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告[R].武漢:武漢地震工程研究院、四川賽思特科技有限公司,2006.

[2]顧安邦,范立礎(chǔ).橋梁工程：下冊(cè)[M].北京:人民交通出版社，2000.

[3]JTG D62-2004 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社，2004.

[4]JTJ041-2000公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].北京；人民交通出版社，2000.

[5]TB 10002.1-2005 鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范[S].北京；人民鐵道出版社，2005.

Design and Construction of Lontangou No.1 Bridge in Hanyuan County，Szechwan

JiangYimin

(China Railway Major Bridge Reconnaissance & Design Group Co., Ltd., Wuhan 430056, China)

Abstract：Based on Longtangou Bridge in Sichuan province, the determination of different mechanical characteristics and design parameters of reinforced concrete deck hollow box hingeless arch bridge were described in this paper. A three dimensional FE program was employed to calculate the stability and seismic performance of this bridge. Military construction method was proposed and the detailed structure characteristics related to this method was carefully studied. There are two outstanding advantages in this method, firstly, through modifying the length of the link chord the rib centenary profile could be better adjusted; secondly, by the measure of adding or reducing the beam panel the different internal force during the whole construction phase can be dealt with.

Key words:arch bridge; design and construction; military beam

收稿日期：2015-02-23

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.008