彭益華，黎棟家，毛立敏

1.廣西財(cái)經(jīng)學(xué)院，廣西 南寧 530007；2.廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029

1 引言

鋼管混凝土拱橋這種橋型利用先前吊裝架設(shè)的鋼管作為后續(xù)灌注混凝土的支架，節(jié)省了施工支架，便于施工，發(fā)揮了鋼與混凝土兩種材料的優(yōu)勢，受力合理、跨越能力大，因此在全國得到了廣泛應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國跨徑大于50m 的鋼管混凝土拱橋超過了400 座［1］，本文結(jié)合高速公路某鋼管混凝土拱橋的設(shè)計(jì)，探討了其設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

2 總體設(shè)計(jì)

某高速公路工程需要跨越航道等級(jí)為Ⅰ級(jí)航道（通航凈寬不小于220m，通航凈高不小于13m）的河流，該河道在橋位處呈U 型，兩岸巖石裸露，經(jīng)地質(zhì)勘察為中風(fēng)化灰?guī)r，巖石較硬，飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)35.0MPa，適合作為有推力拱橋的拱座基礎(chǔ)。橋位處水流湍急，最好一跨過江，初步估計(jì)跨徑應(yīng)在300m以上，目前已建成的跨徑300m以上的拱橋大多為鋼管混凝土拱或鋼箱拱，而在經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)方面，鋼管混凝土拱橋比鋼箱拱橋具有明顯優(yōu)勢，造價(jià)更低，因此，結(jié)合行洪、通航及地形情況，擬定橋型方案為鋼管混凝土拱橋，擬定計(jì)算跨徑為320m，主橋長336m。橋梁立面布置如圖1 所示。

2.1 拱肋

拱肋拱軸線采用懸鏈線，矢高80m，矢跨比1/4，拱軸系數(shù)m＝1.167。鋼管混凝土拱肋采用變截面四管桁式結(jié)構(gòu)，各節(jié)段拱肋寬度保持不變，拱頂與拱腳均為3m，拱頂處的截面高7.0m，拱腳處的截面高12.0m。上、下弦管直徑1.2m，從拱腳至拱頂根據(jù)受力需要采用22～32mm 的壁厚，上、下弦管內(nèi)通過泵送頂升灌注C55 微膨脹混凝土，以降低混凝土收縮徐變的影響；拱肋腹桿采用直徑610mm，壁厚16mm 的無縫鋼管；拱肋橫綴管采用直徑813mm，壁厚20mm 的無縫鋼管。單根拱肋分24 個(gè)節(jié)段加工制作及安裝，節(jié)段最大重量100t。

圖1 某大跨中承式鋼管混凝土拱橋立面布置（單位：m）

2.2 拱肋橫撐

拱肋橫橋向中心間距為23.9m，上下游拱肋橫向聯(lián)系采用X 撐橫聯(lián)［2］，單幅橋共設(shè)24 道X 撐橫聯(lián)。橫聯(lián)鋼管采用直徑0.92m 無縫鋼管，鋼管壁厚16mm。

2.3 吊桿

全橋吊桿形式為單吊桿，吊桿順橋向標(biāo)準(zhǔn)間距13.4m，橫橋向間距23.9m，共設(shè)20 對(duì)吊桿，吊桿為鍍鋅平行鋼絲成品索，彈性模量為1.9×105MPa，平行鋼絲抗拉強(qiáng)度1670MPa，吊桿設(shè)計(jì)安全系數(shù)K＞3.0。

2.4 橋面系

橋面系采用連續(xù)的鋼格子梁體系，鋼格子梁由鋼縱梁與鋼橫梁組成，格子梁上為14cm 厚混凝土板并與格子梁形成鋼-混組合橋面板。主橫梁順橋向標(biāo)準(zhǔn)間距13.4m，截面為工字型，端部梁高1.4m，跨中梁高2.2m，底板厚34mm，頂板厚16mm；次橫梁順橋向標(biāo)準(zhǔn)間距2.68m，工字形截面，底板厚18mm，頂板厚16mm；縱梁共設(shè)5道，工字形截面，邊縱梁底板厚20mm，頂板厚16mm，其他縱梁底板厚18mm，頂板厚16mm。橋面瀝青混凝土鋪裝厚7cm。

2.5 主墩及拱座

拱座基礎(chǔ)形式為擴(kuò)大基礎(chǔ)，采用爆破明挖施工后滿槽澆筑C30 混凝土，明挖時(shí)盡量保持拱座基礎(chǔ)背面垂直開挖。

2.6 交界墩

為了進(jìn)一步增大拱座處恒載，以有利于拱座基礎(chǔ)的抗滑移，主引橋交界墩設(shè)置于拱座基礎(chǔ)上。

2.7 伸縮縫

伸縮縫采用單元式預(yù)應(yīng)力多向變位伸縮縫，交界墩設(shè)置一道YLF240 伸縮縫。

2.8 支座

主橋拱上立柱支座采用防落梁抗震鋼支座、球形鋼支座，交界墩處采用盆式橡膠支座。

3 靜力計(jì)算

3.1 恒載

按拱肋鋼管及混凝土、綴板、綴管鋼材、鋼橫梁鋼縱梁及橋面板等實(shí)際重量計(jì)算，主橋鋼管中混凝土容重按25.0kN/m3計(jì)算，主橋其他混凝土容重按26kN/m3進(jìn)行計(jì)算，下部結(jié)構(gòu)混凝土容重按26kN/m3計(jì)，鋼材密度按7850kg/m3計(jì)算。鋼橫梁及鋼縱梁內(nèi)加勁構(gòu)件以荷載形式來補(bǔ)充，二期恒載采用荷載形式輸入。

3.2 活載

汽車荷載公路—Ⅰ級(jí)，單幅橋汽車活載按4 車道布置，進(jìn)行空間布載，橫向折減系數(shù)0.67；縱向折減系數(shù)0.97，橫向偏載系數(shù)1.15。沖擊系數(shù)及汽車制動(dòng)力按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》相關(guān)規(guī)定取值?？紤]風(fēng)荷載、溫度作用、基礎(chǔ)變位等的影響［3］。

橋梁結(jié)構(gòu)整體靜力分析采用Midas/Civil 進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)分析。吊桿采用桁架單元模擬。拱肋、腹桿、橫撐采用梁單元模擬，主梁采用梁單元與板單元組合模式，邊界條件按實(shí)際模擬，全橋空間有限元模型如圖2 所示。

圖2 橋梁空間有限元模型

3.3 靜力計(jì)算結(jié)果

持久狀況中應(yīng)力結(jié)果按標(biāo)準(zhǔn)組合，持久狀況標(biāo)準(zhǔn)組合拱肋鋼管最大應(yīng)力為-197.54MPa（應(yīng)力以拉為正，壓為負(fù)），應(yīng)力符合規(guī)范要求。應(yīng)力包絡(luò)為-143.58MPa～ 108.94MPa，應(yīng)力符合規(guī)范要求。持久狀況標(biāo)準(zhǔn)組合吊桿最大應(yīng)力為361.04MPa，應(yīng)力符合規(guī)范要求。

可見，前文擬定的拱肋、橫聯(lián)、吊桿等橋梁構(gòu)件的構(gòu)造尺寸是合理的。

4 結(jié)語

鋼管混凝土拱橋應(yīng)結(jié)合地形地質(zhì)以及行洪通航條件進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，以確定跨徑、橋面高度等，并應(yīng)結(jié)合靜力分析結(jié)果確定構(gòu)造尺寸，以滿足規(guī)范要求。