陳宏治

1 橋梁概況

根據(jù)山西省交通廳文件晉交公字［2007］433號《關(guān)于忻州至保德高速公路初步設(shè)計的批復(fù)》，在滿足高速公路功能要求的前提下，結(jié)合地方交通網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀、規(guī)劃，并與當?shù)卣嘘P(guān)負責(zé)人現(xiàn)場勘察，合理確定了本橋的設(shè)計方案，滿足當?shù)厝罕娚a(chǎn)、生活的需求。結(jié)構(gòu)形式采用1-60m鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱拱，中心樁號K116+179，全長83.24 m，右前夾角90°。下部結(jié)構(gòu)為組合式橋臺，前臺為一字臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，后座為M7.5砂漿砌MU40片石抗滑塊，以承擔拱箱的水平推力。橋型布置圖見圖1。

2 技術(shù)標準

1)設(shè)計荷載:公路Ⅱ級。2)橋面寬度:凈 5.0+2×0.5(防撞護欄)。3)環(huán)境條件:Ⅰ類。4)地震動峰值加速度為0.05g。5)本橋平面位于直線段上，設(shè)計縱坡為3%，橋面橫坡為1.5%。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

1)主拱圈截面設(shè)計。拱圈高度h取值采用下列公式:

其中，l0為凈跨徑;Δ 取0.6 ～0.8。

拱圈寬度可取橋面寬度的0.6倍～1.0倍，橋面懸出拱圈以外可達4.0m，但拱圈寬度不得小于跨徑的1/20，以保證其橫向穩(wěn)定性，見圖2。

2)拱上建筑設(shè)計。本橋拱上建筑由底墊梁、立柱、蓋梁、鋼筋混凝土簡支空心板橋面結(jié)構(gòu)組成，設(shè)計時考慮以下3點:a.腹孔數(shù)采用奇數(shù)7孔，避免拱頂設(shè)置立柱。b.橋面系采用簡支結(jié)構(gòu)，避免連續(xù)梁體系的附加內(nèi)力會對主拱圈產(chǎn)生不利影響，也符合JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范第9.5.2條“拱上建筑的板或梁宜采用簡支結(jié)構(gòu)”的規(guī)定。c.腹孔選用10m標準化跨徑空心板符合JTG D62-2004第9.5.1條條文說明“一般取主拱跨徑的1/8～1/15，但從配合景觀考慮，也可適當采用稍大的比值”的規(guī)定。

3)矢跨比及拱軸線系數(shù)設(shè)計。按JTG D62-2004第9.5.1條“鋼筋混凝土拱的矢跨比，宜采用1/5～1/8”，故本橋矢跨比選用1/6。

空腹式鋼筋混凝土拱橋拱軸線不采用圓曲線的主要原因為矢跨比為定值時對應(yīng)唯一的圓曲線形狀，相應(yīng)的主拱圈各截面的恒載彎矩就確定了，無法調(diào)整。而懸鏈線可根據(jù)拱軸線系數(shù)m的變化改變拱軸線的形狀，具有較強的調(diào)整功能，可以獲得較為合理的恒載內(nèi)力，滿足五點重合法，這是圓曲線做不到的。

拱軸線系數(shù)m的優(yōu)化選擇需經(jīng)過多次試算，本橋采用橋梁博士3.0程序建立計算模型。試算時考慮以下兩點:a.按JTG D62-2004第4.3.1條“不考慮拱上建筑與主拱圈的聯(lián)合作用”，使主拱圈裸拱受力，將主拱圈單元選擇為橋面單元，車道荷載直接在拱圈上布載。此時不可選取橋面為豎直截面，否則主拱圈單元截面不是與拱軸線垂直而是與水平方向垂直，由此產(chǎn)生單元截面尺寸的不同導(dǎo)致計算的單元剛度不一樣。在計算活載內(nèi)力時，雖然活載的內(nèi)力影響不大，但是變形和應(yīng)力影響還是有的。b.拱上建筑如墊梁、立柱、蓋梁、空心板、鋪裝、護欄等恒載換算成主拱圈底墊梁位置處的集中力施加到主拱圈上，其中立柱計算先假定拱軸線為圓曲線，再根據(jù)橋面縱坡來確定各個立柱尺寸。經(jīng)多次試算，選定拱軸系數(shù)為2.24，滿足JTG D62-2004第9.5.1條“拱軸系數(shù)，宜采用2.814 ～1.167”的要求。

3.2 結(jié)構(gòu)計算

1)橋梁博士3.0數(shù)據(jù)輸入要點。采用橋梁博士3.0平面有限元程序進行計算。全橋模型共有節(jié)點101個，94個單元，其中包括28個空心板單元，6個立柱單元，60個拱圈單元。模型以順橋向為X軸，豎向為Y軸。采用空心板單元為橋面單元，橋面為豎直截面。立柱單元與主拱圈單元采用同一位置同一節(jié)點剛接，與上部空心板單元采用同一位置不同節(jié)點，主從約束的方法模擬橋面簡支體系。如圖3所示，79號立柱單元上端節(jié)點號79為主約束，節(jié)點79分別與節(jié)點63，103形成主從約束。2)計算輸出結(jié)果要點。一般地，對于本橋同類型的拱橋，在各項尺寸擬定合適以及合理選擇拱軸線的情況下，主拱圈截面配筋滿足JTG D62-2004中規(guī)定最小配筋率的構(gòu)造配筋即可達到強度要求。

該類拱橋設(shè)計的主要問題之一是拱圈預(yù)拱度的計算與設(shè)置，按JTG D62-2004第6.5.5條要求，采用自定義組合計算預(yù)拱度。

拱頂處的總預(yù)拱度Δ=Δ1(拱圈及拱上建筑自重引起)+Δ2(1/2活載引起)+Δ3(拱圈溫度變化)+Δ4(拱座水平位移)。

當算出拱頂預(yù)拱度后，其余各點的預(yù)加高度可近似地按開口向下的二次拋物線分配，在拱腳處的預(yù)拱度為零。

［1］JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］邵旭東，程翔云.橋梁設(shè)計與計算［M］.北京:人民交通出版社，2008.

［3］胡 敏.關(guān)于小橋涵設(shè)計的一些體會［J］.山西建筑，2009，35(16):304-305.