上承式空腹板拱橋?qū)嵗治?/h1>

2016-12-16 02:41:41張德宣

城市道橋與防洪訂閱 2016年11期 收藏

關(guān)鍵詞：抗力拱圈拱橋

張德宣

（蘇州同尚工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司，江蘇 蘇州 215021）

上承式空腹板拱橋?qū)嵗治?/p>

張德宣

（蘇州同尚工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司，江蘇 蘇州 215021）

通過(guò)具體的工程實(shí)例，詳細(xì)介紹了上承式空腹板拱橋的設(shè)計(jì)原理、構(gòu)造分析，相比常見(jiàn)的實(shí)腹板拱橋大大降低了橋梁結(jié)構(gòu)自重。該橋型結(jié)構(gòu)輕盈、美觀大方、受力合理，結(jié)合該橋型的受力特點(diǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模計(jì)算分析，提出合理的處理措施。

拱橋；結(jié)構(gòu)分析；裂縫；強(qiáng)度

0　引　言

拱橋是一種常見(jiàn)的橋梁形式。由于拱是主要承受壓力的結(jié)構(gòu)，因而，可以充分利用抗拉性能較好的圬工材料（石料、混凝土、磚等）來(lái)建造拱橋[1]。

上承式拱橋是指橋面系位于整個(gè)橋跨結(jié)構(gòu)上的拱式橋梁。我國(guó)早在幾千年前就開(kāi)始修建石拱橋了，比較耳熟能詳?shù)内w州橋就是上承式空腹板拱橋，采用石材作為橋梁的主體承重結(jié)構(gòu)。

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼筋混凝土上承式空腹板拱橋開(kāi)始在我國(guó)大規(guī)模建造，其結(jié)構(gòu)輕巧，造型獨(dú)特，古樸大氣，受到橋梁建設(shè)者的青睞。

1　工程概況

卡倫湖環(huán)湖濱河濕地項(xiàng)目工程位于長(zhǎng)春九臺(tái)卡倫鎮(zhèn)，該橋橋梁結(jié)構(gòu)均采用3孔10m+14m+ 10m上承式空腹板景觀拱橋。

（1）上部結(jié)構(gòu)

橋梁上部結(jié)構(gòu)采用3孔10m+14m+10m上承式空腹板拱橋，拱圈為無(wú)鉸圓弧拱，拱軸線為圓弧線，主拱圈采用板厚0.45m的鋼筋混凝土矩形截面，副拱圈均采用板厚0.35m的鋼筋混凝土矩形截面，拱圈上設(shè)置立墻、現(xiàn)澆板。

（2）下部結(jié)構(gòu)

橋梁下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)、橋墩均采用承臺(tái)樁基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)均采用直徑100cm的鉆孔灌注樁，鉆孔灌注樁采用水下C30混凝土。

2　技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

車(chē)輛荷載等級(jí)：城-B級(jí)（小型車(chē)專(zhuān)用道路）；

人群荷載：按《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ11—2011）第10.0.5條說(shuō)明計(jì)算，取值4.5kPa；

設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100a；

設(shè)計(jì)使用年限：50a；

結(jié)構(gòu)安全等級(jí)：一級(jí)；

環(huán)境類(lèi)別與作用等級(jí)：Ⅱ類(lèi)；

設(shè)計(jì)水位：控制常水位203.85m，高于1%洪水位203.46m；

坐標(biāo)系統(tǒng)：長(zhǎng)春城市坐標(biāo)系；

抗震設(shè)防烈度：7度。

橋面寬度：0.50m（欄桿）+5.0m（機(jī)非混行車(chē)道）+0.50m（欄桿），總寬6.0m。

3　結(jié)構(gòu)受力分析

采用橋梁博士計(jì)算軟件對(duì)拱橋整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模計(jì)算，模型如圖1所示。

圖1　結(jié)構(gòu)模型

3.1強(qiáng)度計(jì)算

3.1.1結(jié)構(gòu)抗彎承載力計(jì)算

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD62-2004）的第5.2.2條規(guī)定，對(duì)主拱圈結(jié)構(gòu)進(jìn)行正截面抗彎承載力計(jì)算。拱圈結(jié)構(gòu)的抗力及抗力對(duì)應(yīng)內(nèi)力如圖2、圖3所示。

圖2　最大抗力及對(duì)應(yīng)彎矩圖（單位:kN·m）

圖3　最小抗力及對(duì)應(yīng)彎矩圖（單位:kN·m）

由圖2、圖3可見(jiàn)，拱圈結(jié)構(gòu)部分的抗力均大于內(nèi)力，結(jié)構(gòu)抗彎承載力計(jì)算滿足規(guī)范要求。

3.1.2結(jié)構(gòu)抗剪承載力計(jì)算

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD62-2004）的第5.2.6-5.2.12條規(guī)定，對(duì)主拱圈結(jié)構(gòu)進(jìn)行斜截面抗剪承載力計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖4　最大抗力及對(duì)應(yīng)剪力圖（單位:kN）

圖5　最小抗力及對(duì)應(yīng)剪力圖（單位:kN）

由圖4、圖5可見(jiàn)，結(jié)構(gòu)各截面的斜截面抗力均大于內(nèi)力，斜截面抗剪承載力能夠滿足規(guī)范要求。

3.2裂縫計(jì)算

該橋梁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，通過(guò)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，拱圈結(jié)構(gòu)裂縫寬度如圖6所示。

圖6　裂縫寬度圖（單位:mm）

由圖6可見(jiàn)，拱圈結(jié)構(gòu)部分上下緣裂縫最大值為0.16mm，不超過(guò)規(guī)范要求（Ⅱ類(lèi)環(huán)境鋼筋混凝土構(gòu)件限值：0.2mm），故裂縫寬度驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

4　設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)分析

（1）拱橋采用凈跨徑14m、10m的陡拱，矢跨比分別為1:4.341、1:3.776，存在一定的對(duì)橋臺(tái)的水平推力，因此設(shè)置了雙排樁徑1m的鉆孔樁來(lái)抵消水平推力。同時(shí)，計(jì)算時(shí)考慮臺(tái)后的主動(dòng)土壓力、橋臺(tái)自重等各項(xiàng)荷載綜合作用下，樁基的位移不超過(guò)6mm。

（2）由裂縫寬度圖可以看出，拱圈結(jié)構(gòu)負(fù)彎矩區(qū)裂縫寬度較大，故應(yīng)加強(qiáng)拱圈結(jié)構(gòu)上緣的鋼筋配置。本次設(shè)計(jì)上緣采用了直徑25mm的鋼筋，間距15cm設(shè)置，并在負(fù)彎矩區(qū)2m范圍內(nèi)加密箍筋，進(jìn)而增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。

（3）考慮減輕自重及橋梁美觀，拱圈上部設(shè)置豎直橫墻，上部再澆筑鋼筋混凝土橋面板，形成通透美觀、造型獨(dú)特的空腹板拱橋結(jié)構(gòu)。

（4）臺(tái)后填土能抵消部分水平推力，對(duì)拱橋的穩(wěn)定非常重要，因此臺(tái)后填土應(yīng)保持穩(wěn)定，嚴(yán)格控制橋臺(tái)臺(tái)后回填土的施工質(zhì)量。要求臺(tái)后采用6%灰土回填，分層夯密實(shí)，要求密實(shí)度同道路。分層厚度不宜大于20cm，嚴(yán)禁松土回填或突擊回填，嚴(yán)禁用淤泥質(zhì)土回填。

（5）本次設(shè)計(jì)拱橋拱腳處與承臺(tái)采用固接的形式，如果考慮采用鉸接的連接方式，應(yīng)在承臺(tái)與拱圈之間加設(shè)拱座，應(yīng)特別加強(qiáng)拱腳處的鋼筋配置，并在拱槽內(nèi)設(shè)置橡膠墊或者刷熱瀝青。

5　結(jié)　語(yǔ)

拱橋設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證結(jié)構(gòu)線形優(yōu)美的同時(shí)盡量避免較大的水平推力，可以通過(guò)適當(dāng)增大矢跨比、增加樁基數(shù)量及間距、加設(shè)臺(tái)后止推板等有效措施來(lái)減小墩臺(tái)水平位移，提高結(jié)構(gòu)的整體安全可靠性。

[1]范立礎(chǔ).橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]JTGD62-2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

U448.22

B

1009-7716（2016）11-0058-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.11.016

2016-07-25

張德宣（1983-），男，江蘇鹽城人，工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)工作。

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