上承式連續(xù)梁拱組合體系橋梁設(shè)計(jì)實(shí)例探究

摘 要：本文介紹了一座上承式連續(xù)梁混凝土桁架拱橋的工程案例，以該橋?yàn)槔榻B工程概況和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ，并總結(jié)了上承式連續(xù)梁拱組合體系橋梁設(shè)計(jì)特點(diǎn)和相關(guān)情況 ，可為類似橋梁的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：上承式；連續(xù)梁；組合；設(shè)計(jì)

1 前言

目前，國內(nèi)城市橋梁當(dāng)中，出現(xiàn)的組合結(jié)構(gòu)體系的橋梁越來越多，組合體系橋梁的發(fā)展已經(jīng)形成一個趨勢，其中連續(xù)梁拱組合體系橋梁是目前發(fā)展較快的一種橋型，這種橋型既有拱橋的曲線柔美，又能體現(xiàn)連續(xù)梁橋的簡潔平順，是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、美觀的橋型。連續(xù)梁拱組合體系橋梁一般分為三種形式：上承式、中承式和下承式，本文結(jié)合某路橋工程的設(shè)計(jì)情況簡要分析了上承式連續(xù)梁拱組合體系橋梁的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為類似工程的設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)。

2 工程概述及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

該橋梁全長 80m，為一座三跨連續(xù)上承式混凝土桁架拱橋。目前已竣工通車。工程設(shè)計(jì)主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：道路等級：城市主干路；道路設(shè)計(jì)車速： 60km/h；道路設(shè)計(jì)車道：雙向六車道；橋梁設(shè)計(jì)荷載：城-A級汽車荷載；地震基本烈度：7度。

3 橋梁總體及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

橋梁跨徑布置為21.5+37+21.5=80m，橋梁總寬為 29.5m，兩側(cè)各 3.5m寬人行道；全橋橫向分左、右兩幅等寬橋，單幅橋?qū)?/p>

14.74m，兩幅橋間設(shè)2cm寬沉降縫。橋梁上部結(jié)構(gòu)外觀為三跨連續(xù)上承式混凝土桁架拱橋，實(shí)則橋梁兩橋墩頂均設(shè)置斷縫，兩邊跨為一端固結(jié)于橋墩，一端簡支于橋臺的桁式梁結(jié)構(gòu)，而中跨為兩端固結(jié)于橋墩的桁式拱結(jié)構(gòu)，邊跨與中跨由橋墩連系。邊跨與中跨橋梁上部結(jié)構(gòu)均由下弦拱圈、上弦板（梁）以及立柱、斜桿組成。

斜桿采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，下弦拱圈、拱上立柱及上弦板（梁）采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。拱圈采用實(shí)心矩形截面，上弦板（梁）采用箱形截面，拱圈在拱腳處與橋墩固結(jié)，在拱頂處與上弦梁合并。立柱、斜桿采用實(shí)心矩形截面，端部分別與上弦板和拱圈固結(jié)。橋墩、橋臺為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，如下圖所示。

3.1 拱圈

軸線立面線形采用二次拋物線，中跨曲線方程：y=-0.01753x2+0.64865x（ 0≤x≤37m），坐標(biāo)原點(diǎn)取為拱軸線與 1#橋墩軸線交點(diǎn)。邊跨曲線方程：y=-

橋梁立面圖（長度單位：m）

3.3 拱上立柱和斜桿

拱上立柱采用現(xiàn)澆C50普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)斷面為矩形實(shí)心截面，全橋橫橋向共2列，厚度分0.3m和0.25m兩種；拱上斜桿采用現(xiàn)澆C50預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)斷面為矩形實(shí)心截面，全橋橫橋向共2列，厚度為

0.3m。

3.4 基礎(chǔ)及下部結(jié)構(gòu)

（1）橋墩：采用現(xiàn)澆 C30普通鋼筋混凝土實(shí)體墩墻，墩身寬度為12.75m，厚度為

1.6m，橫橋向分為兩座。

（2）橋臺：采用重力式橋臺，C30普通鋼筋混凝土，橫橋向分為兩座，中間設(shè)隔斷縫，臺身為一字型鋼筋混凝土直立墻，墻身厚度1.65m。

（3）承臺：現(xiàn)澆C25普通鋼筋混凝土，橫橋向分為兩座。

（4）樁基：采用C25普通鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，橋臺樁樁徑為1.2m，橋墩樁樁徑為1.5m。

4 施工流程

結(jié)合北方河流的季節(jié)性水文特點(diǎn)，主橋施工建議采用臨時(shí)墩-梁組合式支架架設(shè)法。施工流程主要包含六個施工階段：第一階段：河道內(nèi)修筑導(dǎo)流圍堰，架設(shè)臨時(shí)便橋，根據(jù)拱圈臨時(shí)支架位置布置便橋橋墩，墩、臺基礎(chǔ)以及墩、臺身混凝土施工；第二階段：拱圈支架設(shè)立；第三階段：拱圈、上弦梁施工，拱上立柱、斜桿施工；第四階段：上弦板施工；第五階段：張拉拱上斜桿預(yù)應(yīng)力鋼束，拱圈支架拆除；第六階段：人行道欄桿制作安裝，橋面系施工。

5 總體計(jì)算分析

5.1 計(jì)算方法及主要參數(shù)選取

由于橋梁橫橋向分為兩幅橋，兩幅橋間設(shè)置縱縫，且兩幅橋關(guān)于橋中線完全對稱，故計(jì)算中按單幅橋進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，計(jì)算方法及參數(shù)選取如下：

（1）使用《橋梁博士3.1.0》軟件，按平面桿件進(jìn)行受力計(jì)算與分析。

（2）計(jì)算中考慮橋梁縱坡影響，忽略橫坡影響，但橋面單元高度取截面平均高度。

（3）施工流程①滿堂支架澆注橋墩、拱圈及上弦梁單元混凝土；②澆注豎桿及斜桿單元混凝土；③澆注上弦板單元混凝土；④張拉斜桿內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束；⑤拆支架；⑥上二期恒載；⑦使用階段。

（4）計(jì)算時(shí)按3車道加載。

（5）相對濕度取 0.8，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)

1.0。

（6）橋面橫向分布調(diào)整系數(shù)2.691；沖擊系數(shù)0.417。

5.2

設(shè)計(jì)荷載

5.2.1

恒載

（1）混凝土容重按25kN/m3計(jì)。

（2）橋面鋪裝瀝青混凝土厚度7cm，容重按23kN/m3計(jì)。

（3）橋面鋪裝混凝土（內(nèi)設(shè)鋼筋網(wǎng)）厚度8cm，容重按25kN/m3計(jì)。

（4）人行道鋪裝輕質(zhì)混凝土、方磚及邊石，容重按23kN/m3計(jì)。

（5）人行道欄桿及其底座，按 4.5kN/m計(jì)。

5.2.2 活載

（1）汽車荷載：城-A級汽車荷載；

（2）人群荷載：3.7kPa。

5.2.3 其他荷載

（1）整體升溫：+21.3℃；（2）整體降溫：-30.3℃；（3）橋面板升溫：橋面板頂緣8.5℃（除去鋪裝），距頂板2cm處6.22℃，距頂板 32cm處0℃；（ 4）橋面板降溫：橋面板頂緣-4.25℃（除去鋪裝），距頂板2cm處-3.11℃，距頂板 32cm處0℃；（ 5）基礎(chǔ)按彈性地基進(jìn)行模擬。

5.3 主要構(gòu)件鋼束及普通鋼筋布置情況

（1）0#～1#邊跨斜桿1、2中預(yù)應(yīng)力束均為15-5鋼絞線22束，間距@50cm；2#～3#邊跨斜桿 1、2中預(yù)應(yīng)力束均為 15-5鋼絞線 21束，間距@50cm。1#～2#中跨靠近1號墩側(cè)斜桿3、4中預(yù)應(yīng)力束均為 15-5鋼絞線 21束，間距@50cm；靠近2號墩側(cè)斜桿3、4中預(yù)應(yīng)力束均為15-5鋼絞線22束，間距@50cm。斜桿鋼束均為上端張拉，下端錨固。

（2）邊跨拱圈除跨中下緣局部配置雙層 Φ32@10cm鋼筋外，其余位置上、下緣均配置單層Φ32@10cm鋼筋；中跨拱圈上、下緣均配置單層Φ32@10cm鋼筋。

（3）所有拱上立柱上、下緣配筋均為 Φ16@10cm。

（ 4）上弦板上、下緣配筋均為 Φ20@10cm。

（5）普通鋼筋均為HRB335鋼筋。

5.4 總體計(jì)算分析結(jié)果

（1）斜桿應(yīng)力結(jié)果

①最不利位置發(fā)生在斜桿與拱圈相交處；②正常使用極限狀態(tài)下短期效應(yīng)組合截面最小主應(yīng)力為-0.034MPa；③正常使用極限狀態(tài)下長期效應(yīng)組合截面最小正應(yīng)力為

1.19MPa；④正常使用極限狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)組合截面最大主應(yīng)力為 5.3MPa。根據(jù)上述結(jié)果，斜桿滿足A類構(gòu)件的要求。

（2）普通鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫結(jié)果正常使用極限狀態(tài)下最大裂縫為

0.167mm，位置位于中跨跨中下緣，滿足裂縫寬度小于0.2mm的要求。

（3）上部結(jié)構(gòu)剛度驗(yàn)算結(jié)果

邊跨由汽車荷載（不計(jì)沖擊力）產(chǎn)生的最大撓度值為：1.9mm

6 結(jié)語

本文中所介紹的工程案例，已經(jīng)正常運(yùn)行多年，期間未出現(xiàn)異常情況，較好地滿足了設(shè)計(jì)的要求。以上所述為作者在本橋設(shè)計(jì)過程中對工程實(shí)例的簡要總結(jié)，希望本文能為今后的鋼筋混凝土桁架拱橋的設(shè)計(jì)提供并積累經(jīng)驗(yàn)。

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