關(guān) 偉

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 工程概況

洪洞汾河某大橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土空腹式剛架拱橋，該橋位于洪洞縣汾河上，橋址處于汾河下游河谷部位，是地殼運(yùn)動(dòng)過程中巖層陷落而形成的。河道處主河槽東、西擺動(dòng)幅度變小，河床寬闊，河槽較穩(wěn)定。項(xiàng)目區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，冬季氣候干燥寒冷，夏季炎熱多雨。汾河是洪洞縣最大的河流，也是黃河最大的支流之一，橋位處汾河無通航要求。主橋橋型布置圖見圖1。

圖1 主橋橋型布置圖

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

a）道路等級(jí) 城市快速路；b）設(shè)計(jì)速度 80 km/h；c）設(shè)計(jì)荷載 城 -A 級(jí)；d）人群荷載 3.5 kN/m2；e）橋面寬度 15.0 m；f）設(shè)計(jì)車道數(shù) 四車道；g）地震動(dòng)峰值加速度 0.10 g；h）設(shè)計(jì)洪水頻率 1/100。

3 主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 主橋結(jié)構(gòu)模型

本文采用TDV RMV8i有限元程序建立橋梁模型，采用MIDAS軟件對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算進(jìn)行校核。實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)模型見圖2。

圖2 主橋結(jié)構(gòu)模型圖

3.2 總體設(shè)計(jì)

洪洞汾河某大橋主橋采用67+100+67 m預(yù)應(yīng)力混凝土空腹式剛架拱橋，邊中跨比為0.67，拱矢高f＝16.89 m，矢跨比 f∶l=1∶5.236。主橋起點(diǎn)為K0+100，終點(diǎn)為K0+334，全長(zhǎng)234 m?？v斷面：主橋跨中為線路變坡點(diǎn)，縱坡沿變坡點(diǎn)左右對(duì)稱，均為3%，豎曲線半徑8 000 m，主橋均在豎曲線范圍內(nèi)。平面：主橋均處于直線段上。橋面鋪裝采用4 cm改性瀝青混凝土+6 cm普通瀝青混凝土橋面鋪裝，防水層采用SJC-FⅡ型橋面防水層，調(diào)平層采用10 cm C50鋼纖維防水混凝土橋面鋪裝。在主橋與引橋相接的3號(hào)和6號(hào)墩處，均設(shè)置D160型毛勒伸縮縫。主橋支座均采用抗震型支座，單向活動(dòng)支座和多向活動(dòng)支座。

3.3 上部結(jié)構(gòu)

上部主梁采用變高度寬翼緣單箱單室截面。邊跨、中跨、空腹段的等高梁段的梁高分別為2.5 m、1.8 m、2.0 m。拱梁相連處梁高分別為 4.84 m、4.47 m。主梁上緣均位于半徑R=8 000 m的豎曲線上，邊跨梁底和斜腿下緣通過半徑R=42.5 m的圓曲線相連，中跨梁底和斜腿下緣通過半徑R=50 m的圓曲線相連，三角形空腹段等高梁段梁底兩側(cè)分別接半徑R=56.7 m和R=63.3 m的圓曲線。箱梁頂板厚度 25～40 cm，腹板厚40～60 cm，底板厚 30～60 cm。橋面橫坡由箱梁頂板人字形形成，箱梁兩側(cè)腹板橫向高度相同，箱梁底板橫向保持水平。斜腿采用單箱單室矩形截面，頂板厚40～60 cm，底板厚40～60 cm，腹板厚50～60 cm。內(nèi)、外斜腿軸線和水平線的夾角分別為38.37°、34.42°，斜腿根部設(shè)1.4 m的實(shí)心段。

主橋箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，斜腿只沿縱向布置預(yù)應(yīng)力。主梁沿縱向只設(shè)頂板束和底板束，無腹板束，在頂板設(shè)臨時(shí)束一對(duì)。底板無平彎束，除邊跨側(cè)部分錨固于梁端外，其余均設(shè)鋸齒塊錨固。箱梁頂板橫向預(yù)應(yīng)力沿橋長(zhǎng)1.0 m間距布置。橫向束沿箱梁頂板橫向成曲線布置，一端張拉，一端固定，張拉端和固定端交錯(cuò)分別設(shè)置。箱梁腹板內(nèi)設(shè)豎向預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼筋，豎向預(yù)應(yīng)力沿橋長(zhǎng)按0.5 m間距布置。內(nèi)外斜腿均只在斜腿下緣布置預(yù)應(yīng)力束。

3.4 基礎(chǔ)及下部結(jié)構(gòu)

主墩基礎(chǔ)采用8根φ2.0 m鉆孔灌注摩擦樁，樁尖持力層位于卵石土中，主橋共有16根φ2.0 m摩擦樁。分聯(lián)墩基礎(chǔ)采用6根φ1.5 m鉆孔灌注摩擦樁，樁尖持力層位于卵石土中，分聯(lián)墩共有12根φ1.5 m摩擦樁。主墩承臺(tái)尺寸為11.2 m×14.8 m×2 m，分聯(lián)墩承臺(tái)尺寸為7.0 m×10.5 m×3 m。主墩拱座呈梯形共2個(gè)，設(shè)有預(yù)應(yīng)力與斜腿相聯(lián)。

3.5 主橋計(jì)算參數(shù)

a）永久作用 結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)永久作用除考慮了結(jié)構(gòu)重力（包括二期恒載），預(yù)應(yīng)力，混凝土收縮徐變外，還考慮了基礎(chǔ)變位作用，按0.01 m考慮。

b）可變作用 包括汽車荷載、人群荷載、結(jié)構(gòu)整體升降溫作用、溫度梯度作用，其中汽車荷載按單車道、雙車道、三車道、四車道對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加載，程序?qū)嚨阑钶d進(jìn)行最不利包絡(luò)，同時(shí)考慮偏載影響，按規(guī)范進(jìn)行相應(yīng)汽車荷載縱向折減和橫向折減。溫度梯度按規(guī)范10 cm瀝青混凝土鋪裝層正溫差溫度基數(shù)計(jì)算，反溫差按正溫差的-0.5倍計(jì)[1]。

3.6 主橋計(jì)算結(jié)果分析

通過對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土空腹式剛架拱橋?qū)嶋H模型計(jì)算分析，上部變截面連續(xù)箱梁受力與不等跨連續(xù)箱梁受力類似[2]，上部變截面連續(xù)箱梁成橋狀態(tài)下自重彎矩、剪力見圖3、圖4，可從圖3、圖4看出此點(diǎn)。實(shí)際拱腿起支撐作用，拱腿以受壓為主。

圖3 上部變截面連續(xù)箱梁Mz圖

圖4 上部變截面連續(xù)箱梁Qy圖

成橋狀態(tài)在中跨跨中及邊跨施加100 kN水平力，上部主梁軸向力見圖5、圖6，從圖中可以看出預(yù)應(yīng)力混凝土空腹式剛架拱橋水平剛度很大，當(dāng)在中跨跨中施加水平力時(shí)，邊跨幾乎不受影響，當(dāng)在邊跨施加水平力時(shí)，另外一邊跨幾乎不受影響，這一特性與連續(xù)梁橋及連續(xù)剛構(gòu)橋有明顯不同。

圖5 H=100 kN上部主梁Nx圖（中跨）

圖6 H=100 kN上部主梁Nx圖（邊跨）

單個(gè)空腹式剛架在合攏后最不利的受力狀態(tài)是在剛架橋面端部施加一豎向力，施加V=100 kN的豎向力，空腹式剛架軸向力見圖7，從圖7可以看出上部主梁受拉，內(nèi)、外側(cè)斜腿均受壓。單個(gè)空腹式剛架合攏后自身已具有很大的面內(nèi)穩(wěn)定性，對(duì)后期的兩側(cè)懸臂施工奠定了基礎(chǔ)。

圖7 V=100 kN單個(gè)空腹式剛架Nx圖

4 主橋結(jié)構(gòu)施工

預(yù)應(yīng)力混凝土空腹式剛架拱橋施工過程主要有以下5種不同的結(jié)構(gòu)體系變化，結(jié)構(gòu)體系變化見圖8。

圖8 結(jié)構(gòu)體系變化圖

圖9 主橋施工簡(jiǎn)圖

由于結(jié)構(gòu)在施工中存在多次體系轉(zhuǎn)換，臨時(shí)支墩是整個(gè)施工步驟中一道關(guān)鍵的輔助工程，具有重要的作用。主橋施工簡(jiǎn)圖及主要施工步驟流程見圖9、圖10。

圖10 主橋主要施工步驟流程圖

5 結(jié)語

a）預(yù)應(yīng)力混凝土空腹式剛架拱橋是一種新型的橋梁結(jié)構(gòu)，該橋型結(jié)構(gòu)屬于梁拱組合體系，與等跨徑的連續(xù)剛構(gòu)橋梁相比，其上部箱梁的結(jié)構(gòu)尺寸可以減少許多，上部結(jié)構(gòu)自重也隨之減輕。與等橋長(zhǎng)的變截面連續(xù)梁相比，可以減少橋墩數(shù)量，降低工程造價(jià)，減小阻水面積，提高橋梁泄水能力。該橋型易與環(huán)境相融合，同時(shí)也不乏現(xiàn)代氣息。

b）本文重點(diǎn)闡述了預(yù)應(yīng)力混凝土空腹式剛架拱橋上部主梁、斜腿、成橋狀態(tài)下水平力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響及單個(gè)空腹式剛架拱不利受力狀態(tài)的結(jié)構(gòu)受力特性，由于該種結(jié)構(gòu)為超靜定結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)變位作用、混凝土收縮徐變、溫度變化等因素，均會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生次內(nèi)力，這些因素在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)予以重視。

c）預(yù)應(yīng)力混凝土空腹式剛架拱橋在施工過程中存在多次結(jié)構(gòu)體系的變化，尤其是臨時(shí)支墩的輔助施工，使單個(gè)空腹式剛架拱合攏變得易于施工，同時(shí)也為單個(gè)空腹式剛架拱合攏后兩側(cè)懸臂施工提供第二道安全保障。施工過程中還應(yīng)注意單個(gè)空腹式剛架拱現(xiàn)澆支架的拆卸，不同的施工步驟支架拆卸部分不同。