曠 斌

貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550001

S型曲線上主跨100米拱橋選型與設(shè)計(jì)

曠 斌

貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550001

磨鄉(xiāng)大橋是國家高速公路杭瑞線貴州境遵義至畢節(jié)段跨越V型溝谷的大橋，橋梁處于S型曲線段內(nèi)，主跨100米。本文重點(diǎn)介紹本橋的選型及設(shè)計(jì)計(jì)算過程，以供同行參考。

高速公路；拱橋

highwa；yarch bridge

橋梁簡介

磨鄉(xiāng)大橋是國家高速公路杭瑞線貴州境遵義至畢節(jié)段項(xiàng)目的重要構(gòu)造物之一，橋梁為跨越磨鄉(xiāng)河而設(shè)，河谷深切，橋跨軸線上河床斷面呈V字型。橋梁孔跨兩岸引橋采用2×30m預(yù)應(yīng)力砼簡支T梁，主跨采用100米鋼筋砼箱形拱橋。

本橋平面位于緩和曲線及圓曲線段上，平曲線要素：① JD1：R＝1000m、緩和曲線長Ls=150m。YH點(diǎn)：K1760+072. 596，GQ點(diǎn)：K1760+222.5964。②JD2：R＝720m、緩和曲線長Ls=155.044m。HY點(diǎn)：K1760+377.639。全橋縱坡：i ＝+1. 7%,i＝+3.8%,豎曲線變坡點(diǎn)為K1760+600, 變坡點(diǎn)高程為1391.536。豎曲線要素：豎曲線半徑30000m，T=315m，E=1.654m。

1.橋梁選型

本橋在初步設(shè)計(jì)階段結(jié)合橋位處的地形地質(zhì)條件擬定了兩種橋型方案。方案一：2×30mT梁+ 100m（鋼筋砼拱橋）+2×30mT梁；兩岸橋臺為肋板式橋臺；方案二為（65m+110m+65m）預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁橋，兩主墩為空心墩、群樁基礎(chǔ)；兩岸橋臺為肋板式橋臺。兩方案橋型布置簡圖如圖1圖2所示：

圖1 方案一橋型布置簡圖

圖2 方案二橋型布置簡圖

初步設(shè)計(jì)階段對這兩種橋型方案進(jìn)行了比選，具體內(nèi)容如表1所示：

表1 橋型方案比較表

從上表1分析結(jié)果來看，對于本橋橋型，方案一優(yōu)于方案二，故選取方案一作為推薦方案。

2.橋梁設(shè)計(jì)計(jì)算

本橋因橋跨處于曲線段內(nèi)，施工階段采取主孔拱圈直修，通過調(diào)整拱上排架蓋梁懸臂端長度及拱上簡支板橫向位置來適應(yīng)路線線型的需要；引橋每跨T梁按折線布置，通過調(diào)整主梁長度以適應(yīng)路線線形要求；路線邊緣曲線通過調(diào)整邊梁外懸臂長度形成。主跨板拱主拱圈采用貝雷鋼桁拱架現(xiàn)澆施工，拱上排架采用支架現(xiàn)澆施工，拱上簡支板采用預(yù)制吊裝施工。引橋T梁采用預(yù)制場預(yù)制，機(jī)械吊裝架設(shè)；下部墩臺采用現(xiàn)場澆筑。

本橋跨徑為100m的鋼筋混凝土拱橋，矢跨比1/5，拱上立柱間距6.0m，主跨主梁為鋼筋混凝土板梁，兩端由拱上立柱支承。主拱拱肋采用10.5×1.9m鋼筋混凝土箱型斷面，拱軸線采用懸鏈線，拱軸系數(shù)為1.756。基礎(chǔ)均采用明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)。

橋梁主要技術(shù)指標(biāo)如下：橋面凈寬11m（半幅），按三車道加載；設(shè)計(jì)荷載為公路-Ⅰ級；溫度荷載：設(shè)計(jì)基準(zhǔn)溫度15℃，體系升溫19℃，體系降溫18℃，非線性溫差按2004版交通運(yùn)輸部部頒規(guī)范規(guī)定計(jì)入。

2.1 整體平面靜力計(jì)算

2.1.1 計(jì)算模式

應(yīng)用二維平面線性有限元軟件—橋梁博士進(jìn)行計(jì)算，將結(jié)構(gòu)簡化為二維模型，其中橋面板近似按整體板模擬；根據(jù)施工流程分別形成計(jì)算圖式，考慮各施工階段及運(yùn)營階段荷載進(jìn)行施工階段及運(yùn)營階段整體受力計(jì)算，全橋共分為59個節(jié)點(diǎn)、55個單元、5個受力階段，結(jié)構(gòu)離散見圖3所示。

圖3 平面結(jié)構(gòu)離散圖

2.1.2 計(jì)算參數(shù)及荷載

拱肋、立柱采用C40混凝土：抗壓彈性模量為3.25x104MPa，標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度為26.8MPa，標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度為2.40MPa，線膨脹系數(shù)為0.00001；橋面板采用C30混凝土：抗壓彈性模量為3.00x104MPa，標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度為20.1MPa，標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度為2.01MPa，線膨脹系數(shù)為0.00001。荷載考慮有：①恒載：結(jié)構(gòu)自重、混凝土收縮徐變。二期恒載集度為64.5kN/m。②汽車荷載：公路-Ⅰ級，橫向折減0.78。③溫度：按體系升溫19℃，體系降溫18℃考慮，考慮橋面非線性溫差。

2.1.3 控制荷載組合

①永久作用+汽車可變作用。

②永久作用+汽車可變作用+體系溫升+橋面板溫升。

③永久作用+汽車可變作用+體系溫降+橋面板溫降。

2.1.4 結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

2.1.4.1 成橋階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力如圖4～5所示：

圖4 拱肋軸力圖

圖5 拱肋彎矩圖

拱軸單元內(nèi)力表、橋面單元內(nèi)力表、立柱單元內(nèi)力表均不一一列出。

2.1.4.2 正常使用階段內(nèi)力組合Ⅰ：長期效應(yīng)組合如圖6～7所示：

圖6 拱肋最大、最小軸力圖

圖7 拱肋最大、最小彎矩圖

拱軸單元內(nèi)力表、橋面單元內(nèi)力表、立柱單元內(nèi)力表均不一一列出。

2.1.4.3 正常使用階段內(nèi)力組合Ⅱ：短期效應(yīng)組合如圖8～9所示：

圖8 拱肋最大、最小軸力圖

圖9 拱肋最大、最小彎矩圖

拱軸單元內(nèi)力表、橋面單元內(nèi)力表、立柱單元內(nèi)力表均不一一列出。

2.2 拱肋計(jì)算

2.2.1 拱肋配筋計(jì)算

根據(jù)上述內(nèi)力結(jié)果對結(jié)構(gòu)進(jìn)行試配筋驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)控制截面內(nèi)力基本上可通過配筋達(dá)到要求。

2.2.2 拱肋剛度計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，活載撓度最大值發(fā)生在拱肋L 3/8處，正負(fù)撓度絕對值之和為0. 0066m，小于規(guī)范規(guī)定容許值L/800（0. 125m），故剛度滿足要求。

2.2.3 主墩基礎(chǔ)計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，拱座基礎(chǔ)置于鑿去強(qiáng)風(fēng)化巖之基巖上，要求基底承載力不小于1.0MPa，摩擦系數(shù)取0.5。計(jì)算基底承載力縱向受力效應(yīng)，驗(yàn)算抗滑安全系數(shù)和抗傾覆安全系數(shù)，詳見下表。

表4 主墩基礎(chǔ)計(jì)算結(jié)果匯總表

計(jì)算表明，基地壓力遠(yuǎn)大于1MPa?；A(chǔ)抗滑移安全系數(shù)、抗傾覆安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

如側(cè)向容許承載值也能達(dá)到1000kPa，按靜土壓力考慮其側(cè)向抗力，大小為69300kN，大于拱肋水平推力，故不需要驗(yàn)算拱座基礎(chǔ)的抗滑移能力。

表5 主墩基礎(chǔ)計(jì)算結(jié)果匯總表

計(jì)算表明，基地壓力大于1MPa，可提高基礎(chǔ)要求，使其底面承載力不低于1.5MPa?；A(chǔ)抗傾覆安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

3. 結(jié)語

拱橋?yàn)橘F州地區(qū)典型橋型，目前近年來因拱橋施工中出現(xiàn)的一些事故，此類橋梁占高速公路中的橋型比例漸少；對于貴州地區(qū)地質(zhì)較好路段，尤其是灰?guī)r、砂巖地區(qū)，地形呈V型或U型峽谷，在安全、經(jīng)濟(jì)、適用、美觀的原則指導(dǎo)下，拱橋是不可替代的橋型。本文論述的橋梁尚處于S型曲線段內(nèi)，在合理的橋梁加寬范圍內(nèi)，大跨拱橋方案也是可以考慮的，對同類地形路線平曲線指標(biāo)無法提高的情況下，本橋的思路具有一定的借鑒意義。

The Selection and Design of Main Span 100March Bridge in the S-Curve

Kuang Bin Guizhou Institute of Transport Planning Survey and Design Co, Ltd, Guiyang, Guizhou 550001

MOXIANG Bridge belongs to the highway of Hangzhou to Ruili(the section of Zunyi to bijie), across the V-shaped valley, the bridge at the S curve segment, the main span is 100meters. Describes the selection and calculation of the bridge, for reference only.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.04.022

曠 斌(1981—),男,工程師,2004年畢業(yè)于武漢大學(xué)土木工程專業(yè),現(xiàn)從事橋梁設(shè)計(jì)研究工作。

表2 主墩基礎(chǔ)頂面內(nèi)力匯總表

表3 主墩基礎(chǔ)底面內(nèi)力匯總表