中承式鋼管混凝土拱行車道體系結(jié)構(gòu)連續(xù)化

劉學(xué)青　左新軍　譚世英　上官興　任　亮

(1.湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，湖南 長沙　410004；　2.中交第四航務(wù)工程勘測設(shè)計(jì)院，廣東 廣州　510000)

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中承式鋼管混凝土拱行車道體系結(jié)構(gòu)連續(xù)化

劉學(xué)青1左新軍1譚世英2上官興2任亮2

(1.湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，湖南 長沙410004；2.中交第四航務(wù)工程勘測設(shè)計(jì)院，廣東 廣州510000)

結(jié)合韶關(guān)市百旺大橋的工程概況，介紹了該橋梁行車道體系結(jié)構(gòu)連續(xù)化設(shè)計(jì)方法，并從吊桿設(shè)計(jì)、后期調(diào)索、立柱組合支座等方面，提出了行車道體系變形處理措施，提高了橋梁的可靠性和耐久性。

中承式拱橋，行車道體系，鋼管拱肋，吊桿

0　引言

中國近30年來，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展引發(fā)過橋日交通量達(dá)數(shù)萬輛，加上單輛非平板車荷載超過百噸級(jí)超重荷載車的虐行，由此產(chǎn)生吊桿應(yīng)力突增而引發(fā)斷裂。如果在吊桿橫梁之間設(shè)置剛度甚大的連續(xù)縱梁，一則可將超重荷載縱向分配至2根～3根吊桿，從而顯著降低吊桿應(yīng)力幅；二則縱橫梁可形成連續(xù)整體框架，與橋面板共同形成結(jié)構(gòu)連續(xù)的行車道體系，從而可克服掉簡支橋面板體系板支點(diǎn)位置的經(jīng)常性開裂和滑脫現(xiàn)象。

1　百旺大橋工程概況

1.1橋型

百旺大橋全長928 m(見圖1)，兩岸和中心島設(shè)有21×16 m預(yù)應(yīng)力空心板，東航道為3×58.4 m箱形拱；西航道原設(shè)計(jì)為4×58.4 m箱形拱，由于24號(hào)橋墩下有6層溶洞，變更為1×111 m中承拱+2×58.4 m箱形拱。

1.2中承拱構(gòu)造

中承拱凈跨L=111.44 m，凈矢高f=33.45 m，矢跨比f/L=3.33。設(shè)計(jì)荷載為汽—20，掛—120，人群荷載3.5 kN/m2。橋面總寬B=30 m，按人行道3 m+非機(jī)1.5 m+行車道2×3.75 m 對(duì)稱布置，三管式鋼管混凝土拱肋單肋寬2 m，全橋?qū)ΨQ布置三條鋼管混凝土拱肋(見圖2)。

1.3鋼管拱肋設(shè)計(jì)

拱肋優(yōu)化為三管式(如圖3所示)，橫橋向布置三條(如圖4所示)，中距b=11 m，單肋寬度均為2 m。中拱肋高D=2.7 m(上φ1 800 mm+下2φ850 mm)，邊拱肋高D=2.2 m(上φ1 300 mm+下2φ850 mm)，鋼管均由δ14A3鋼板卷制。

三管式鋼管拱肋的特點(diǎn)是重心低、橫向穩(wěn)定性好，可以單肋合龍施工，能節(jié)省不少施工臨時(shí)橫向穩(wěn)定設(shè)施，還能減少成橋后鋼管拱肋之間的橫撐，百旺大橋111 m凈跨僅在拱頂布置4根φ800 mm小橫撐，有利于增大橋面行車的通行空間。

1.4上部構(gòu)造施工

全橋上部構(gòu)造采用2×410=820 m雙跨纜索起重機(jī)進(jìn)行無支架施工，111 m鋼管拱肋分6段進(jìn)行預(yù)制拼裝(如圖5所示)，每段重小于40 t。全橋空心板、箱形拱和鋼管拱都實(shí)現(xiàn)了預(yù)制拼裝，吊裝總重達(dá)4萬余噸，為中國之最，施工速度快，設(shè)備成本相對(duì)低廉。

2　行車道體系結(jié)構(gòu)連續(xù)化

2.1簡支橋面板體系

簡支橋面板體系常常將縱梁設(shè)置在拱肋下方，受拱肋阻隔造成縱梁不能連續(xù)，這種構(gòu)造上的困難致使中承拱行車道體系一直采用簡支橋面板，僅將橋面鋪裝表面連續(xù)，結(jié)構(gòu)并沒有連續(xù)化，在板支點(diǎn)位置經(jīng)常性出現(xiàn)開裂甚至是滑脫現(xiàn)象。

2.2漂浮的行車道承載框架體系

百旺大橋中承拱行車道承載框架全長127 m，由共21根長26.8 m橫梁，以及設(shè)于鋼管拱肋兩側(cè)的共計(jì)6條長127 m縱梁組成。寬2.0 m鋼管混凝土拱肋自內(nèi)緣2.4 m寬的框架腔內(nèi)穿過，與框架之間留有0.20 m空隙。承載框架支承于16排吊桿和5排立柱上，形成一個(gè)漂浮體系，如圖6所示。

承載框架共有20×5=100個(gè)空腔，其上放置134塊預(yù)制行車道板。行車道板厚度為0.28 m，分A型(支撐在縱梁框架腔內(nèi)共54塊)和B型(支撐在橫梁框架腔內(nèi)，每腔2塊，共80塊)兩種，通過鋼筋混凝土濕接縫與框架梁連成整體。111 m鋼管混凝土拱縱橫梁框架構(gòu)造見圖7。

2.3施工步驟

將同一拱肋下相鄰兩根吊桿處的短橫梁(單根長3.6 m)和兩側(cè)相應(yīng)縱梁部分(單根長5.0 m)組成口字型小框架，寬3.6 m，長7.6 m，高1.17 m～1.33 m，先期于場內(nèi)預(yù)制，方便吊裝裝配施工，如圖8所示。

口字型小框架達(dá)到強(qiáng)度后，通過纜索起重機(jī)，按編號(hào)吊掛到對(duì)應(yīng)吊桿(見圖9)，在同排三根吊桿下吊掛貝雷支架，在其上組拼兩根7.4 m的預(yù)制短橫梁(見圖10)，通過焊接接頭鋼筋、澆筑接縫混凝土，達(dá)到強(qiáng)度后張拉橫向預(yù)應(yīng)力，形成橫橋向長25.60 m的日字框架(見圖11)。

21排橫梁都完成后，將日字框架外的預(yù)制短縱梁吊放到橫向貝雷桁架上，通過焊接接頭鋼筋和澆筑接縫混凝土，分段張拉縱向預(yù)應(yīng)力，形成縱橋向通長127 m的整體承載框架(見圖12)。

當(dāng)由6條通長縱梁、21根通長橫梁所組成的漂浮式整體承載框架完成后，吊裝134塊厚0.28 m的C50混凝土行車道板(見圖13)，焊接板與梁之間聯(lián)結(jié)鋼筋，澆筑接頭混凝土(見圖14)，形成結(jié)構(gòu)連續(xù)的行車道體系。

2.4橋面鋪裝設(shè)計(jì)

據(jù)調(diào)查材料，廣東省混凝土橋面多有裂縫出現(xiàn)，僅兩座采用鋼纖維混凝土例外。考慮到超重車的實(shí)際行駛情況，本橋橋面鋪裝設(shè)計(jì)總厚度8 cm，底層采用4 cm鋼纖維混凝土層中設(shè)置φ12@100鋼筋網(wǎng)，面層采用4 cm聚酯纖維瀝青混凝土。這種新型雙層復(fù)合橋面鋪裝，全橋連續(xù)不設(shè)縫，通車至今十幾年，質(zhì)量甚好。

3　行車道體系變形協(xié)調(diào)處理

3.1吊桿設(shè)計(jì)

除簡支橋面板體系行車道梁構(gòu)造缺陷外，短吊桿疲勞破壞也是吊桿斷裂事故的重要原因。四川大學(xué)湯國棟教授調(diào)查發(fā)現(xiàn)：早期由于千斤頂噸位所限采用的雙吊桿橋梁吊桿沒有發(fā)生問題，而單吊桿容易與橋面荷載共振出現(xiàn)疲勞破壞。

百旺大橋設(shè)計(jì)有意識(shí)地選用不同截面雙吊桿形式，在溫度等變及間歇受載復(fù)合作用下，各吊桿自振頻率和變形互不相同，可減少疲勞破壞；每排吊桿計(jì)算時(shí)恒載按承擔(dān)兩跨考慮，在發(fā)生吊桿斷裂極端情況下，橋面及行車道體系也不會(huì)破壞，能保證搶修和阻止事故惡化；吊桿使用年限按20年～30年考慮，到期可逐根更換，能維持橋面日常交通。

3.2吊桿構(gòu)造

采用PE成品索，共用φ7平行鋼絲64 t，邊拱肋55φ7和61φ7，中拱肋73φ7和61φ7，全橋共96套錨具。吊桿沿順橋向布置，采用冷鑄墩頭錨，下端設(shè)半球形支座，以協(xié)調(diào)水平變位和角變形。

3.3后期調(diào)索

百旺大橋中承拱抗彎剛度EJ=14，行車道梁抗彎剛度E1J1=1，是剛拱柔梁類型。為了消除鋼管混凝土拱肋徐變下?lián)纤a(chǎn)生的行車道二次內(nèi)力，設(shè)計(jì)要求大橋通車一年后對(duì)跨中四排吊桿(共2×4×3=24根)增加恒載索力(50 t/根～60 t/根)的1/5，相當(dāng)于每根吊桿多拉10 t索力。采取跨中后期張拉240 t，使跨中行車道梁變形恢復(fù)，可減少拱趾負(fù)彎矩，并使吊桿受力和變形重新協(xié)調(diào)平衡，這是簡支橋面板體系所做不到的。

3.4立柱組合支座

在橋臺(tái)和橋墩以及鋼管混凝土拱肋上共有5排立柱，在縱梁與立柱橫梁相交處設(shè)有5×6=30個(gè)支座。其中拱肋立柱上兩排2×6=12個(gè)支座，是剛性墩臺(tái)和柔性拱相過渡的彈性結(jié)構(gòu)，為適應(yīng)承載框架縱向大轉(zhuǎn)角變形需要，設(shè)計(jì)采用鋼球型支座。考慮到行車道體系的溫度伸縮變形，為緩解汽車制動(dòng)力和沖擊力，在鋼球型頂板上再設(shè)置厚0.20 m板式橡膠支座，用橡膠支座的彈性剪切變形來適應(yīng)縱向水平位移。這種支座組合的新做法，解決了單孔拱橋行車道系的對(duì)稱問題。

4　結(jié)語

韶關(guān)百旺大橋是中國第一座采用結(jié)構(gòu)連續(xù)整體漂浮行車道系的中承式拱，于2004年建成運(yùn)營，在2015年橋梁復(fù)檢中質(zhì)量完好。結(jié)構(gòu)連續(xù)后各部位變形協(xié)調(diào)非常難以處理，行車道系整體漂浮、吊桿半球支座及立柱組合支座等新穎設(shè)計(jì)思路，徹底解決了結(jié)構(gòu)連續(xù)后變形協(xié)調(diào)問題，特別是通過后期調(diào)索實(shí)現(xiàn)整跨內(nèi)力重分布，能預(yù)防和遏止運(yùn)營中徐變、質(zhì)量缺陷或人為損壞等對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)的危害，為提高中國鋼管混凝土拱橋的可靠性和耐久性做出了貢獻(xiàn)，可在同類工程設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)用推廣。

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The continuous of half-through steel tube concrete arch lane system structure

Liu Xueqing1Zuo Xinjun1Tan Shiying2Shangguan Xing2Ren Liang2

(1.HunanRoadandBridgeConstructionGroupLimitedLiabilityCompany,Changsha410004,China;2.CCCCFourthHarborEngineeringSurveyandDesignInstitute,Guangzhou510000,China)

Combining with the engineering situation of Shaoguan Baiwang bridge, this paper introduced the continuous design method of bridge lane system structure, and from the suspender design, later adjustment, upright combination support and other aspects, put forward the lane system deformation treatment measures, improved the reliability and durability of bridge.

half-through arch bridge, lane system, steel tube arch rib, suspender

1009-6825(2016)19-0154-04

2016-04-23

劉學(xué)青(1973- )，男，高級(jí)工程師

U441

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