劉冠沖　趙李強　王亮

摘要：梁拱組合體系橋是將主要承受壓力的拱肋和行車道梁組合起來共同承受荷載，充分發(fā)揮拱肋和行車道梁的共同作用來達(dá)到節(jié)省材料的目的，其橋型也較為美觀。

關(guān)鍵詞：連續(xù)梁拱組合；景觀橋；結(jié)構(gòu)設(shè)計

引言

梁拱組合體系橋是將主要承受彎矩的主梁和主要承受壓力的拱肋組合起來共同協(xié)作承受荷載作用，可以充分發(fā)揮組合構(gòu)件和材料的特性，結(jié)構(gòu)受力合理，經(jīng)濟性能好。這種組合體系橋梁由于受拉系梁的預(yù)應(yīng)力平衡了拱肋產(chǎn)生的水平推力，因此對地基的適應(yīng)能力較強，且施工方法簡潔快捷、線條流暢及結(jié)構(gòu)輕盈美觀，特別適合于修建在沿海地區(qū)和城市跨河商務(wù)區(qū)。但是，其結(jié)構(gòu)受力的復(fù)雜性成為很多設(shè)計人員需要考慮的因素。

1連續(xù)梁拱組合體系橋概述

連續(xù)梁拱組合體系橋是以連續(xù)梁為基體，采用拱來加強，分擔(dān)梁的彎矩，梁內(nèi)配置縱向預(yù)應(yīng)力筋，以平衡拱對梁產(chǎn)生的水平力，在邊跨拱肋與中跨拱肋交點處，在拱座位置上兩者水平力基本上處于平衡，其微小差量由中間支座摩阻力承擔(dān)，當(dāng)不設(shè)支座時由柔性墩承擔(dān)。剪力主要由拱軸力的垂直分力承擔(dān)，一般情況下，剪力不再控制斷面設(shè)計。梁的縱向預(yù)應(yīng)力筋一般全橋統(tǒng)一布置，采用直束的形狀，減少預(yù)應(yīng)力筋的摩阻損失，同時長束節(jié)省錨固設(shè)施，降低造價。連續(xù)梁拱組合體系橋與連續(xù)梁橋比，降低了材料指標(biāo)，特別是腹板的混凝土材料以及預(yù)應(yīng)力束的錨具等，同時也克服了拱橋存在外部超靜定水平約束，對地基要求較高的缺點。

（1）上承式連續(xù)梁拱組合體系橋。受力特點為：加勁梁承擔(dān)拉力及局部彎矩，拱肋承擔(dān)軸壓力及彎矩，拱肋軸力的垂直分力承擔(dān)剪力-立柱傳遞壓力?？崭狗秶鷥?nèi)加勁縱梁產(chǎn)生的拉力與拱內(nèi)水平分力組成力矩，平衡截面內(nèi)的連續(xù)梁彎矩，同時連續(xù)梁中墩附近的高度依靠拱來加大，使跨中彎矩減小，中墩處負(fù)彎矩產(chǎn)生的梁內(nèi)拉力由預(yù)應(yīng)力平衡。一般邊跨與主跨之比為（0.5～0.7）：1，適用經(jīng)濟跨徑范圍為50-120m。

（2）中承式連續(xù)梁拱組合體系橋。一般由三跨組成，包括二個半拱、一個全拱和通長的加勁梁，其間設(shè)置立柱和吊桿。力學(xué)特點：在負(fù)彎矩區(qū)用橋面以下兩組主拱腿來加強，在橋面以上正彎矩區(qū)用一組拱肋來加強，連續(xù)剛梁不僅承擔(dān)彎矩與剪力，而且還需以軸向拉力來平衡拱的推力。一般邊跨與主跨之比為（0.25-0.5）：1。由于中承式連續(xù)梁拱組合體系橋結(jié)構(gòu)布置合理，造型美觀，施工方便，是目前我國在梁拱組合體系橋的設(shè)計與建造中采用較多的一種橋梁形式，其適用經(jīng)濟跨徑在60-250m范圍。

（3）下承式連續(xù)梁拱組合體系橋。實際上為三跨變截面連續(xù)梁，中孔用全拱來加強。力學(xué)特點：梁拱的彎矩按剛度分配，通過拱的加強，顯著地減小了中跨主梁的彎矩。使得加勁梁的建筑高度可以大幅度減小，兩個邊跨由于受到中孔拱的剛度影響，減少了正彎矩的負(fù)擔(dān)，擴大了負(fù)彎矩的區(qū)域，有利于配置預(yù)應(yīng)力束。適用經(jīng)濟跨徑在40-120m范圍，

2連續(xù)梁拱組合景觀橋結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

2.1工程概況

鄂爾多斯市伊金霍洛旗景觀橋梁呈南北走向，橋梁范圍道路中心線為直線+圓曲線段，根據(jù)景觀方案要求，橋梁采用上承式鋼結(jié)構(gòu)拱橋，全長59.256m，橋?qū)?0.80m。伊金霍洛旗的地質(zhì)基礎(chǔ)是侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)的水平巖層，地下水巖相變化十分劇烈，中生界和新生界地層發(fā)育、分布普遍。巖層大部分為砂巖和礫巖，巖層疏松，易于風(fēng)化。橋位處地質(zhì)狀況較好，橋梁采用重力式基礎(chǔ)。道路等級位城市次干道，計算行車速度為40km/h，橋梁設(shè)計荷載為城-A級，抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為基本烈度6度，工程區(qū)域地震動峰值加速度為0.05g。

2.2橋型布置

橋梁采用上承式鋼拱結(jié)構(gòu)，拱橋跨徑為44.87m，橋?qū)?0.80m，共設(shè)6片拱肋，拱肋間以“米”宇型橫向聯(lián)系相連，橋面板采用鋼正交異性板，拱上每側(cè)設(shè)6排立柱，立柱上與橫梁相連；橋兩側(cè)接重力式鋼筋混凝土橋臺。

2.3設(shè)計要點

主拱跨徑43.275m（算至拱肋入拱座位置），矢高4.226m，矢跨比1/10.24，拱軸線采用圓弧線，圓弧半徑57.2m，斷面為工字型，高750mm，寬850mm，上下翼板及腹板皆采用30mm厚鋼板，每2m設(shè)橫隔板一道，與立柱相對應(yīng)。拱底部設(shè)外包鋼筋混凝土拱座，拱肋入拱座后即為直線。主拱左右各設(shè)6排立柱，立柱斷面為空心橢圓形，寬200mm，高lOOmm，壁厚12mm。全橋設(shè)7種、共13道小縱梁，小縱梁采用工字型斷面，底寬采用300 mm，高度范圍436.4mm～659mm，腹板采用12mm厚鋼板，底板采用厚度16mm鋼板。全橋共設(shè)23道橫梁，間距約為2m，橫梁采用工字型斷面，腹板厚度12mm，底板厚度16mm。拱肋間共設(shè)5道橫向聯(lián)系，橫向聯(lián)系均采用“米”字型，橫向聯(lián)系采用工字型斷面，高500mm，翼緣寬300mm腹板厚12mm，翼緣厚16mm，橫向聯(lián)系桿件間連接及橫向聯(lián)系與主拱的連接均采用施工方便，外觀流暢的焊接整體式節(jié)點板。橋面板采用鋼板厚為14mm，下設(shè)“u”型和“L”型縱向加勁肋，其中行車道范圍內(nèi)為“u”型加勁肋，間距為606mm，人行道范圍內(nèi)設(shè)“u”型和“L”型加勁肋，“u”型加勁間距為738mm，“L”型加勁間距為400mm。本橋采用鋼筋混凝土重力式基礎(chǔ)?；浊度霂r層不小于50cm。

2.4計算分析

計算分析采用Midas/Civil進(jìn)行模擬，根據(jù)結(jié)構(gòu)對稱性，計算模型建立了1/4橋梁構(gòu)件。主拱、立柱、拱間橫向聯(lián)系采用梁單元模擬，橋面系中橫梁、縱梁、橋面板、橋面加勁采用板單元模擬。可變作用通過設(shè)置虛擬梁傳遞到橋面。拱腳與橋臺鉸接，橋面板與橋臺連接處設(shè)置豎向支撐約束。汽車荷載采用城A級，按雙向四車道考慮橫向折減系數(shù)；計算考慮了整體升降溫為+28℃和-20℃；橋臺沉降為2cm。

在基本組合作用下，主拱最大應(yīng)力為106MPa，靠近中跨的立柱最大應(yīng)力為115MPa，拱間橫向聯(lián)系桿件的最大應(yīng)力為42 MPa。恒載作用下結(jié)構(gòu)的最大變形為11mm，活載作用下結(jié)構(gòu)最大位移為12 mm，滿足規(guī)范相關(guān)要求。拱腳處最大水平推力為3318kN，豎向力為1 200 k N。橋面板與橋臺相接處采用密布的四氟板橡膠支座，單個支座反力最大190kN。

3連續(xù)梁拱組合景觀橋結(jié)構(gòu)施工設(shè)計

3.1鋼梁焊接

鋼結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件由承載構(gòu)件、加勁構(gòu)件、連接構(gòu)件組成，包括關(guān)鍵的受拉部位、易斷裂部位、主要局部穩(wěn)定部位。對接焊縫必須按規(guī)范要求開具相應(yīng)的“v”型坡口，各焊縫高度應(yīng)符合規(guī)范要求：焊接不應(yīng)有裂紋和沿焊縫邊緣的未熔合、溢流、燒穿、假焊、未填滿的火口以及超出容許限度的氣孔、夾渣、咬肉等；自動焊或半自動焊采用的焊絲和焊劑，應(yīng)分別符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，選用的焊絲和焊劑應(yīng)與主體金屬強度相適應(yīng)。

3.2鋼梁防腐涂裝

鋼結(jié)構(gòu)防腐與涂裝應(yīng)采用性能可靠、附著力強、耐候性好、防腐蝕強，成熟可靠、其使用期保證在20年以上的涂裝材料。本橋采用電弧噴鋁為主要防腐涂料，方案為電弧噴鋁、環(huán)氧云鐵封閉漆，聚氨酯面漆。

3.3下部結(jié)構(gòu)

由于承臺混凝土體積大，澆筑混凝土應(yīng)注意水化熱的影響，做好降溫措施，避免發(fā)生溫度收縮產(chǎn)生裂縫。臺后填土要求采用透水性好的土，并且分階段分層進(jìn)行回填。

結(jié)束語

綜上所述，在連續(xù)梁拱組合體系橋中，拱肋能顯著提高主梁的豎向剛度，具有較大的豎向剛度和較好的動力性能，與同跨度連續(xù)梁橋相比，可采用更小的建筑高度。連續(xù)梁拱組合結(jié)構(gòu)，通過拱肋的造型設(shè)計和主梁外觀的改觀，具有較好的景觀效果，在景觀要求較高的城市橋梁中，不失為一種較為合適的橋跨結(jié)構(gòu)。