張志涯，劉超豪

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550000)

一跨81 m上承式鋼筋混凝土拱橋設(shè)計

張志涯，劉超豪

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550000)

介紹了貴州省某高速公路互通連接線橋梁，該橋為一主跨81 m的鋼筋混凝土拱橋，矢跨比為1/5。通過橋梁博士計算軟件對該橋進行了模型分析，介紹了建模及分析過程，計算結(jié)果表明該橋梁結(jié)構(gòu)安全可靠。

上承式拱橋；設(shè)計；計算分析

1 工程概況

貴州省某高速公路互通連接線需設(shè)橋跨越一V形沖溝，橋區(qū)地形起伏變化較大，附近最高海拔：1 238.20 m，最低地海拔：1 071.2 m，相對高差：167.0 m。兩岸橫、縱坡較陡，橋區(qū)起點岸覆蓋層較厚，終點岸基巖裸露，地表植被較發(fā)育，橋區(qū)地貌類型屬溶蝕型低中山溶蝕溝谷地貌。綜合考慮地質(zhì)、地形條件，認(rèn)為在該處采用一跨拱橋跨越?jīng)_溝較為合理。

該橋擬采用單跨現(xiàn)澆鋼筋混凝土懸鏈線箱型拱，起、終點各設(shè)2×16 m、1×16 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板。由于橋區(qū)覆蓋層較厚且兩岸卸荷節(jié)理發(fā)育，考慮到拱座對地基承載力要求較高，終于拱橋跨徑選定為81.0 m。拱上行車道采用11×8 m鋼筋混凝土空心板，排架式立柱。拱橋采用擴大基礎(chǔ)，引橋雙柱墩采用樁基礎(chǔ)，起點岸橋臺采用重力式U臺配樁基礎(chǔ)，終點岸橋臺采用重力式U臺配擴大基礎(chǔ)。橋?qū)?.0 m，橋梁全長145.0 m。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 結(jié)構(gòu)尺寸

主橋凈跨徑81 m，凈矢高16.2 m，凈矢跨比為1/5。拱圈為懸鏈線無鉸拱，采用“五點重合法”試算出拱軸系數(shù)取1.988較為合理。拱圈截面為等截面單箱雙室，箱室高1.7 m，寬6.9 m，腹板厚0.25 m，頂?shù)装搴?.25 m。拱上立柱橫橋向?qū)?.7 m，縱橋向?qū)?.8 m。

2.2 設(shè)計參數(shù)

本橋位于高速公路連接線上，路線按三級公路設(shè)計，但是此處車流量較大，重車較多，故橋梁設(shè)計汽車荷載采用公路-Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計。橋區(qū)地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，地震動峰值加速度為0.05 g，橋區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度，橋梁抗震設(shè)防措施等級為7級。設(shè)計基準(zhǔn)期為100年，環(huán)境類別為Ⅰ類。行車道寬度為2×3.5 m，兩側(cè)各設(shè)0.5 m寬防撞墻，無人行道。

拱圈、拱座及橋面空心板采用C40混凝土，其余采用C30混凝土，混凝土重力密度為26 kN/m3。均勻溫度作用采用升溫20 ℃、降溫20 ℃。由于拱圈不直接被太陽照射，故拱圈的非線性溫度采用頂板±5 ℃。拱圈縱向穩(wěn)定性驗算時計算長度為0.36 La，La為拱軸線長度。

3 結(jié)構(gòu)計算分析

3.1 計算模型

本橋采用橋梁博士3.0軟件進行計算。由于拱上為簡支體系，不考慮拱上建筑與拱圈的聯(lián)合作用，從施工過程至使用階段均由拱圈單獨承力，拱上建筑均為荷載。

3.2 計算工況

本橋按設(shè)計的施工順序，考慮了以下5個工況：(1)拱圈采用拱架現(xiàn)澆，拱圈一次成型；(2)施工拱上立柱及蓋梁；(3)吊裝拱上橋面板；(4)施工橋面鋪裝、防撞墻等附屬設(shè)施；(5)考慮收縮徐變3 650 d。

3.3 計算結(jié)果分析

(1)承載能力極限狀態(tài)強度驗算

按規(guī)范JTG D62—2004中第5.2節(jié)和第5.3節(jié)的規(guī)定，驗算結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)強度，拱橋受力不利的截面為拱腳、拱頂、l/4或3l/8(l為拱的跨徑)，計算結(jié)果如表1所示。由表1可知，最大壓力和彎矩均在拱腳處，拱圈各受力不利截面均滿足規(guī)范要求。

(2)裂縫驗算

根據(jù)規(guī)范JTG D62—2004中6.4.2可知，鋼筋混凝土構(gòu)件在Ⅰ類和Ⅱ類環(huán)境中最大裂縫寬度為0.20 mm。經(jīng)計算，最大裂縫出現(xiàn)在拱腳處為0.052 2 mm，滿足規(guī)范要求。

表1 主要截面承載能力驗算結(jié)果表

4 施工要點

拱圈采用拱架上分段、分環(huán)、對稱的方式進行現(xiàn)澆施工，各環(huán)混凝土達到設(shè)計要求的強度后，必須接著進行下一環(huán)混凝土澆筑，不容許出現(xiàn)過長時間的施工停頓。主拱圈混凝土達到設(shè)計強度100%后方可脫架澆筑拱上建筑，拱架嚴(yán)格按對稱、多次、緩慢的原則卸落。拱上建筑應(yīng)該嚴(yán)格按照對稱的原則進行施工，若變更施工順序需對拱圈重新進行驗算。

5 結(jié) 論

目前我國高速公路網(wǎng)正快速向西部山區(qū)推進，而拱橋因其跨越能力大、耐久性好、養(yǎng)護維修費用少、外形美觀等優(yōu)點使其在山區(qū)橋梁選型中擁有獨特的優(yōu)勢，在地形地質(zhì)條件合適，尤其是跨越溝谷時應(yīng)盡量采用拱橋結(jié)構(gòu)。

[1] 周立臣，嚴(yán)允中．上承式RC 箱形拱橋幾個計算問題的討論[J]．公路，2008，(8)：71-73．

[2] 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(JTG D62-2004)[S]．北京：人民交通出版社，2004．

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2017-06-28

張志涯(1987-)，男，碩士研究生。