劉 輝，張明科

(貴州省交通科學(xué)研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550000)

實腹式鋼筋混凝土拱橋的設(shè)計與研究

劉 輝，張明科

(貴州省交通科學(xué)研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550000)

以象山大橋為工程依托，結(jié)合大橋的結(jié)構(gòu)受力特點，對其進(jìn)行了平面桿系計算和分析，從實際工程的角度出發(fā)，闡述了實腹式鋼筋混凝土拱橋的設(shè)計要點，對該橋型的設(shè)計具有一定的參考價值。

實腹式；拱橋；設(shè)計

1 概 述

湄潭縣象山大橋位于湄潭縣象山茶博公園附近，跨越湄江河。起點岸與已建成的北濱路連接，終點岸與已建成的遵義至余慶公路相交，是連接湄江河兩岸依江園和象山公園的大橋, 橋梁上部結(jié)構(gòu)為20 m+40 m+20 m鋼筋混凝土無鉸拱，橋梁全長109.37 m，橋面縱坡為雙向2.5%，橋面橫坡為雙向2.0%。橋面寬度：0.25(護(hù)欄)+3.25 m(人行道)+7.0 m(車行道)+ 3.25 m(人行道)+ 0.25(護(hù)欄)，全寬14 m。設(shè)計荷載等級為：公路-Ⅰ級，人群荷載3 kN/m2。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

(1)上部結(jié)構(gòu)

主拱L0=40 m等截面懸鏈線鋼筋混凝土箱型無鉸拱，拱軸系數(shù)m=3.142，凈矢跨比為1/4，凈矢高為10 m，腹拱為L0=3 m的等截面圓弧混凝土板拱，截面高d0=0.30 m，主拱圈上設(shè)置6個腹拱圈。主拱圈采用單箱四室結(jié)構(gòu)，高度為1.3 m，寬為14 m，頂、底板厚均為0.25 m。主拱圈設(shè)置12道橫隔板，厚度30 cm。主拱圈上設(shè)置橫墻4道。

邊拱L0=20 m實心矩形截面，拱軸系數(shù)m=3.142，凈矢跨比為1/5；凈矢高為4 m。腹拱為L0=3 m的等截面圓弧素混凝土板拱，截面高d0=0.3 m，每個主拱圈上設(shè)置1個腹拱圈。

(2)下部結(jié)構(gòu)

橋墩均為實體墩，橋墩基礎(chǔ)均為明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)，0#和3#橋臺均為重力式U形橋臺，基礎(chǔ)為明挖擴(kuò)大基礎(chǔ),，拱座基礎(chǔ)為擴(kuò)大基礎(chǔ)，拱座開挖后采用與拱座基礎(chǔ)同級混凝土原槽灌滿。

2 施工順序及其注意事項

(1)安裝各跨拱架，對各跨拱架進(jìn)行預(yù)壓。

(2)現(xiàn)澆主拱圈，應(yīng)按分段、分環(huán)和縱、橫向?qū)ΨQ均衡的原則進(jìn)行加載?？砂吹装?、腹板、頂板三環(huán)施工，前一環(huán)合攏并達(dá)到80%的設(shè)計強度后，再進(jìn)行下一環(huán)施工。澆筑主拱圈時，注意立柱底座一起澆筑。同時澆筑墩上橫墻。特別注意混凝土的養(yǎng)護(hù)。

(3)同時或交叉對稱且均衡地澆筑各跨的立柱，再澆筑各墩上橫墻、橋臺前墻及拱頂側(cè)墻。

(4)主拱圈養(yǎng)護(hù)30 d，按事先擬定的卸架程序?qū)ΨQ、緩慢地卸落拱架。同時或交叉對稱且均衡地澆筑各跨的腹拱圈。

(5)同時或交叉地對稱且均衡地砌筑各跨腹拱圈段的側(cè)墻和拱上填料(護(hù)拱)、拱頂填料。

(6)對稱、均衡地從兩橋頭往跨中施工橋面系,大橋主體完工。

3 計算參數(shù)

3.1 永久作用

混凝土重力密度25 kN/m3；片石混凝土重力密度24 kN/m3。

主拱圈的重量及橋墩按計算程序自動計入，橋面系、挑梁及填料、立柱、立柱上腹拱、立柱座在腹拱圈以集中荷載的形式作用于相應(yīng)拱圈節(jié)點上；在拱頂實腹段以均布荷載的形式作用于相應(yīng)拱圈節(jié)點上；拱圈中的橫隔板重量以集中荷載的形式作用于相應(yīng)拱圈節(jié)點上。

3.2 可變作用

汽車荷載：公路-Ⅰ級；重要性系數(shù)1.0；縱向計算按二車道計算。

人群荷載：3 kN/m2。

汽車沖擊力：按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60-2004)規(guī)定計算。

(2)溫差效應(yīng)。

由表3數(shù)據(jù)分析可得：各項目的計算值與實測值最大差值分別為1.6 mm，1.7 mm，1.1 MPa，1.8 kN。計算值與實測值吻合較好，說明了利用分段線性函數(shù)來模擬主纜縱橋向的溫度分布的方法是可行的。

3.4 對比

主纜整體升溫與分段線性升溫對比在有限元中分別施加：整體升溫模型中施加26.2 ℃的單元溫度，分段線性升溫模型中施加的單元溫度在30.3～22.1 ℃線性內(nèi)插，基準(zhǔn)溫度為20 ℃。以此對比分析小格拉橋整體升溫與分段線性升溫兩種溫度模式下的差異。

由表4數(shù)據(jù)可知：而在分段線性升溫模型中，主纜在L/4處的吊索索力比3L/4處大18.9 kN。這是主纜L/4處溫度高于3L/4處導(dǎo)致的。主纜分段線性升溫比整體升溫的吊索索力大9.2%。

4 結(jié) 論

(1)溫度荷載作用下引起的懸索橋中跨跨中標(biāo)高變化量遠(yuǎn)大于邊跨跨中標(biāo)高變化量，線性擬合了主纜跨中標(biāo)高溫度修正公式。(2)用分段線性函數(shù)模擬主纜縱橋向溫差引起的位移、應(yīng)力及吊索索力，計算值與實測值吻合較好。(3)主纜分段線性升溫比整體升溫的吊索索力大9.2%，說明分段線性溫度荷載引起的吊索索力較整體升溫大。

[1] 汪東林,張偉.懸索橋主纜溫度場計算模型構(gòu)建分析[J].公路交通科技，2015.

[2] 黃志廣.大跨度懸索橋溫度場現(xiàn)場監(jiān)測與數(shù)值分析[D].華南理工大學(xué),2016.

2017-02-15

劉輝(1988-)，男，貴州凱里人，碩士工程師，研究方向：大跨徑鋼筋混凝土公路橋梁。

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