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        一跨81 m上承式鋼筋混凝土拱橋設(shè)計(jì)

        2021-01-06 18:26:49
        黑龍江交通科技 2021年3期
        關(guān)鍵詞:橋區(qū)拱圈拱橋

        錢 雨

        (黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院,黑龍江 哈爾濱 150080)

        1 工程概況

        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(diǎn)岸覆蓋層較厚,終點(diǎn)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(diǎn)各設(shè)2 m×16m、1 m×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 m×8 m鋼筋混凝土空心板,排架式立柱。拱橋采用擴(kuò)大基礎(chǔ),引橋雙柱墩采用樁基礎(chǔ),起點(diǎn)岸橋臺采用重力式U臺配樁基礎(chǔ),終點(diǎn)岸橋臺采用重力式U臺配擴(kuò)大基礎(chǔ)。橋?qū)?.0 m,橋梁全長145.0 m。

        2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        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(diǎn)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(jì)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(jì),但是此處車流量較大,重車較多,故橋梁設(shè)計(jì)汽車荷載采用公路-Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。橋區(qū)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s,地震動(dòng)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(jì)基準(zhǔn)期為100年,環(huán)境類別為Ⅰ類。行車道寬度為2 m×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(yàn)算時(shí)計(jì)算長度為0.36La,La為拱軸線長度。

        3 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

        3.1 計(jì)算模型

        本橋采用橋梁博士3.0軟件進(jìn)行計(jì)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(dú)承力,拱上建筑均為荷載。計(jì)算模型按文獻(xiàn)介紹的圖示B建立,即拱上立柱上下端均為鉸接。

        3.2 計(jì)算工況

        本橋按設(shè)計(jì)的施工順序,考慮了以下5個(gè)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(jì)算結(jié)果分析

        (1)承載能力極限狀態(tài)強(qiáng)度驗(yàn)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(yàn)算結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)強(qiáng)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)。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(yàn)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(jì)算,最大裂縫出現(xiàn)在拱腳處為0.052 2 mm,滿足規(guī)范要求。

        4 施工要點(diǎn)

        拱圈采用拱架上分段、分環(huán)、對稱的方式進(jìn)行現(xiàn)澆施工,各環(huán)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度后,必須接著進(jìn)行下一環(huán)混凝土澆筑,不容許出現(xiàn)過長時(shí)間的施工停頓。主拱圈混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)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(jìn)行施工,若變更施工順序需對拱圈重新進(jìn)行驗(yàn)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(jìn),而拱橋因其跨越能力大、耐久性好、養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用少、外形美觀等優(yōu)點(diǎn)使其在山區(qū)橋梁選型中擁有獨(dú)特的優(yōu)勢,在地形地質(zhì)條件合適,尤其是跨越溝谷時(shí)應(yīng)盡量采用拱橋結(jié)構(gòu)。

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