上承式鋼筋混凝土箱板拱橋優(yōu)化設(shè)計(jì)

韓童

摘 要：在現(xiàn)代化發(fā)展不斷加快的過程中，我國國民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人民生活水平顯著提高。在這樣的背景之下，我國的橋梁建設(shè)的發(fā)展也是尤為迅速。橋梁建設(shè)作為道路路網(wǎng)中的重要組成部分，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，橋梁建設(shè)也逐漸廣泛的應(yīng)用了先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行建設(shè)，由此進(jìn)一步提升了橋梁建設(shè)的整體質(zhì)量，也出現(xiàn)了不同類型的大跨度橋梁。本文中就跨西大溝景觀橋的上承式鋼筋混凝土箱板拱橋的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，結(jié)合該橋梁的實(shí)際情況，利用已有的拱橋建筑技術(shù)及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出一個(gè)合理、安全可靠的設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：上承式;鋼筋混凝土箱板;拱橋設(shè)計(jì);優(yōu)化分析

0 引言

隨著城市化建設(shè)的不斷加快，城市交通網(wǎng)絡(luò)也在不斷完善，橋梁建設(shè)則是城市交通的重要部分。而拱橋的建設(shè)歷史悠久，不僅造型美觀，同時(shí)也能充分發(fā)揮材料的抗壓性能，由此節(jié)省了很大一部分的造橋材料。就目前而言，拱橋的設(shè)計(jì)仍然十分受用，拱橋內(nèi)力分配合理，適合于中小型跨徑的橋梁設(shè)計(jì)，且隨著當(dāng)前先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的先進(jìn)設(shè)備用于橋梁的建設(shè)，尤其是起吊設(shè)備以及架橋機(jī)的發(fā)展。很大程度上縮短了拱橋施工的建設(shè)工期，因而對于拱橋的設(shè)計(jì)研究十分有必要。以下便以跨西大溝景觀橋?yàn)槔M(jìn)行分析，探討上承式鋼筋混凝土箱板拱橋優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體方案，以此來幫助更好的進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)。

1 工程概況及設(shè)計(jì)思路簡要分析

跨西大溝景觀橋橋型為上承式鋼筋混凝土拱橋，橫向一幅布置，正交布置，橋梁全長達(dá)到49 m，總長為43 m，橋度10.5 m，全橋一聯(lián)。下部結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)形式進(jìn)行建設(shè)，全橋的布置形式如圖1，其橫斷面布置形式為2.00 m（人行道、包括欄桿）+3.25（小客車專用車道）+3.25（小客車專用車道）+2.00（人行道、包括欄桿）。橋梁采用鋼筋混凝土拱橋，主拱圈寬10.50 m，高0.60 m，為了便于模板制作和外形美觀，主拱圈沿縱向外輪廓尺寸保持不變。副拱圈寬10.50 m，高0.30 m，出于結(jié)構(gòu)需要在拱腳1.00 m范圍內(nèi)漸變到0.40 m高。主、副拱圈采用C40鋼筋混凝土現(xiàn)澆。拱腹側(cè)墻側(cè)墻厚0.50 m，采用C30鋼筋混凝土現(xiàn)澆。

2 方案比選簡要介紹分析

一般情況下，上承式鋼筋混凝土箱板拱橋設(shè)計(jì)過程中，其方案比選的原則基本如下，拱橋設(shè)計(jì)方案的比較選擇主要依據(jù)的是安全、功能、經(jīng)濟(jì)以及美觀等指標(biāo)，在此過程中，拱橋設(shè)計(jì)的安全性是首要任務(wù)，其功能以及經(jīng)濟(jì)方面也是極為重要的，當(dāng)前橋梁建設(shè)快速發(fā)展，橋梁美觀方面的要求也在不斷的提升，尤其本橋位于景區(qū)，更加提高了對美觀的要求。矢跨比為拱軸線型的重要參數(shù)之一，當(dāng)跨徑與截面一定時(shí)，如果f/l很小，那么拱弧長較短，此時(shí)拱橋橋肋的材料用量則比較小，均布載荷所產(chǎn)生的壓力卻有所增大。反之，如果F/l的值很大，此時(shí)雖然所產(chǎn)生的壓力比較小，但其拱弧比較長，因而拱橋橋肋的材料用量也有了極大的增大。因此合理的選擇矢跨比對于拱橋的受力及材料用量的減少都有著很大的幫助。在此過程中，對于拱橋最佳矢跨比的確定首先要建立相應(yīng)的計(jì)算模型，一般的，拱橋構(gòu)架繁多，矢跨比的變化也會受到相應(yīng)影響，這就需要對拱橋的模型進(jìn)行簡化。

拱軸線的形狀直接影響拱圈截面內(nèi)力大小與分布，因此確定的拱軸線應(yīng)盡量降低荷載彎矩值，使荷載壓力線盡量重合與拱軸線。拱軸線主要有以下幾種形式，首先第一種為在均布豎向荷載作用下的合理拱軸，其為拋物線，表達(dá)式為y=4fx2/l2，第二種形式則為豎向、水平均勻荷載作用下的合理拱軸線為圓弧，由計(jì)算各種幾何量。此外，對于實(shí)腹式拱橋的恒載集度是由拱頂?shù)焦澳_連續(xù)分布逐漸增大的，其恒載壓力線為一條懸鏈線，這種情況下，可以采用五點(diǎn)重合法來選擇懸鏈線拱軸線。但對于空腹式拱橋恒載的變化不是連續(xù)函數(shù)，要是拱軸線和壓力線完全重合，拱軸線將會非常復(fù)雜。此外現(xiàn)在在一些大跨徑拱橋中，也有采用高次拋物線作為拱軸線的，這里就不一一介紹了。對于本橋而言，其拱結(jié)構(gòu)取跨度為32.8 m，矢高為5.0 m。豎向恒載作用下采用拋物線和圓弧作為拱軸線的主拱結(jié)構(gòu)的彎矩如下圖所示，由該圖的分析可知，豎向恒荷載作用下的拋物線拱受力較優(yōu)。

對于拱腳而言，拱橋右拱腳向右水平位移在拱腳截面產(chǎn)生負(fù)彎矩，右拱腳向下豎直位移在左拱腳產(chǎn)生負(fù)彎矩，這對結(jié)構(gòu)是很不利的，因此拱橋要盡可能的不讓其產(chǎn)生上述所描述的位移，必要時(shí)橋臺設(shè)置抗滑構(gòu)造物。對于拱橋拱腳水平反力而言，其與矢跨比的大小成反比，同時(shí)與拱上載荷大小成正比，即拱橋越拱，拱腳水平力越小，反之則越大，而拱上載荷越大，其拱水平力也越大，因此應(yīng)橋上填料應(yīng)盡可能采用輕型材料。同時(shí)對于不同線型的拱軸線而言，其拱軸水平反力也有著很大的差異。特別需要注意的是拱橋設(shè)計(jì)中必須考慮支座位移產(chǎn)生的內(nèi)力。

3 上承式鋼筋混凝土箱板拱橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡要分析

對于上承式鋼筋混凝土箱板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)如下，首先是主拱圈的設(shè)計(jì)，一般的，橫橋向主拱圈是由兩根拱肋所組成的，而每根拱肋又是由兩片預(yù)制安裝的拱箱組成一個(gè)單箱雙室的箱型截面。在此過程中，主拱肋主要采用等截面設(shè)計(jì)，對于本橋，橋梁跨度不大，設(shè)計(jì)采用上承式鋼筋混凝土拱橋，其中主拱圈的寬度為10.5 m，高度為0.6 m，且主拱圈沿著縱向外輪廓尺寸是保持不變的，副拱圈寬度也為10.5 m，高度為0.3 m。對跨度很大的拱橋，為減輕結(jié)構(gòu)自重，設(shè)計(jì)截面采用箱型截面，在橫隔板的設(shè)計(jì)方面，主要是為了增加箱壁的局部穩(wěn)定性，同時(shí)也需要進(jìn)一步提高箱拱的抗扭剛度，因而需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的橫隔板，并將橫隔板之間挖空，由此減輕其整體質(zhì)量，這樣的設(shè)計(jì)也很大程度上方便了施工的進(jìn)行。

4 結(jié)束語

本文中就上承式鋼筋混凝土拱橋的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入的分析研究，其中以跨西大溝景觀橋?yàn)槔喴慕榻B了不同橋型方案的比較選擇，通過對不同方案拱橋類型的選擇，幫助進(jìn)一步的推進(jìn)我國橋梁建設(shè)的研究發(fā)展。

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