一跨81 m上承式鋼筋混凝土拱橋設(shè)計(jì)

錢(qián) 雨

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

1 工程概況

某高速公路互通連接線需設(shè)橋跨越一V形沖溝，橋區(qū)地形起伏變化較大，附近最高海拔：1 238.20 m，最低地海拔：1 071.2 m，相對(duì)高差：167.0 m。兩岸橫、縱坡較陡，橋區(qū)起點(diǎn)岸覆蓋層較厚，終點(diǎn)岸基巖裸露，地表植被較發(fā)育，橋區(qū)地貌類(lèi)型屬溶蝕型低中山溶蝕溝谷地貌。綜合考慮地質(zhì)、地形條件，認(rèn)為在該處采用一跨拱橋跨越?jīng)_溝較為合理。

該橋擬采用單跨現(xiàn)澆鋼筋混凝土懸鏈線箱型拱，起、終點(diǎn)各設(shè)2 m×16m、1 m×16 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板。由于橋區(qū)覆蓋層較厚且兩岸卸荷節(jié)理發(fā)育，考慮到拱座對(duì)地基承載力要求較高，終于拱橋跨徑選定為81.0 m。拱上行車(chē)道采用11 m×8 m鋼筋混凝土空心板，排架式立柱。拱橋采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，引橋雙柱墩采用樁基礎(chǔ)，起點(diǎn)岸橋臺(tái)采用重力式U臺(tái)配樁基礎(chǔ)，終點(diǎn)岸橋臺(tái)采用重力式U臺(tái)配擴(kuò)大基礎(chǔ)。橋?qū)?.0 m，橋梁全長(zhǎng)145.0 m。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)尺寸

主橋凈跨徑81 m，凈矢高16.2 m，凈矢跨比為1/5。拱圈為懸鏈線無(wú)鉸拱，采用“五點(diǎn)重合法”試算出拱軸系數(shù)取1.988較為合理。拱圈截面為等截面單箱雙室，箱室高1.7 m，寬6.9 m，腹板厚0.25 m，頂?shù)装搴?.25 m。拱上立柱橫橋向?qū)?.7 m，縱橋向?qū)?.8 m。

2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

本橋位于高速公路連接線上，路線按三級(jí)公路設(shè)計(jì)，但是此處車(chē)流量較大，重車(chē)較多，故橋梁設(shè)計(jì)汽車(chē)荷載采用公路-Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。橋區(qū)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，橋區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度，橋梁抗震設(shè)防措施等級(jí)為7級(jí)。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年，環(huán)境類(lèi)別為Ⅰ類(lèi)。行車(chē)道寬度為2 m×3.5 m，兩側(cè)各設(shè)0.5 m寬防撞墻，無(wú)人行道。

拱圈、拱座及橋面空心板采用C40混凝土，其余采用C30混凝土，混凝土重力密度為26 KN/m3。均勻溫度作用采用升溫20 ℃、降溫20 ℃。由于拱圈不直接被太陽(yáng)照射，故拱圈的非線性溫度采用頂板±5 ℃。拱圈縱向穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)計(jì)算長(zhǎng)度為0.36La，La為拱軸線長(zhǎng)度。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

3.1 計(jì)算模型

本橋采用橋梁博士3.0軟件進(jìn)行計(jì)算。由于拱上為簡(jiǎn)支體系，不考慮拱上建筑與拱圈的聯(lián)合作用，從施工過(guò)程至使用階段均由拱圈單獨(dú)承力，拱上建筑均為荷載。計(jì)算模型按文獻(xiàn)介紹的圖示B建立，即拱上立柱上下端均為鉸接。

3.2 計(jì)算工況

本橋按設(shè)計(jì)的施工順序，考慮了以下5個(gè)工況：(1)拱圈采用拱架現(xiàn)澆，拱圈一次成型；(2)施工拱上立柱及蓋梁；(3)吊裝拱上橋面板；(4)施工橋面鋪裝、防撞墻等附屬設(shè)施；(5)考慮收縮徐變3 650 d。

3.3 計(jì)算結(jié)果分析

(1)承載能力極限狀態(tài)強(qiáng)度驗(yàn)算

按規(guī)范JTG D62-2004中第5.2節(jié)和第5.3節(jié)的規(guī)定，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)強(qiáng)度，拱橋受力不利的截面為拱腳、拱頂、l/4或3l/8(l為拱的跨徑)。最大壓力和彎矩均在拱腳處，拱圈各受力不利截面均滿足規(guī)范要求。

(2)裂縫驗(yàn)算

根據(jù)規(guī)范JTG D62-2004中6.4.2可知，鋼筋混凝土構(gòu)件在Ⅰ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)環(huán)境中最大裂縫寬度為0.20 mm。經(jīng)計(jì)算，最大裂縫出現(xiàn)在拱腳處為0.052 2 mm，滿足規(guī)范要求。

4 施工要點(diǎn)

拱圈采用拱架上分段、分環(huán)、對(duì)稱(chēng)的方式進(jìn)行現(xiàn)澆施工，各環(huán)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度后，必須接著進(jìn)行下一環(huán)混凝土澆筑，不容許出現(xiàn)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的施工停頓。主拱圈混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%后方可脫架澆筑拱上建筑，拱架?chē)?yán)格按對(duì)稱(chēng)、多次、緩慢的原則卸落。拱上建筑應(yīng)該嚴(yán)格按照對(duì)稱(chēng)的原則進(jìn)行施工，若變更施工順序需對(duì)拱圈重新進(jìn)行驗(yàn)算。

5 結(jié) 論

目前我國(guó)高速公路網(wǎng)正快速向西部山區(qū)推進(jìn)，而拱橋因其跨越能力大、耐久性好、養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用少、外形美觀等優(yōu)點(diǎn)使其在山區(qū)橋梁選型中擁有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在地形地質(zhì)條件合適，尤其是跨越溝谷時(shí)應(yīng)盡量采用拱橋結(jié)構(gòu)。