陳耀軍，王亞萍，劉甜甜，陳正星

(1.臺(tái)州市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司 臺(tái)州市 317700； 2.臺(tái)州市交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司 臺(tái)州市 317700；3.浙江數(shù)智交院科技股份有限公司 杭州市 310000； 4.浙江公路水運(yùn)工程咨詢有限責(zé)任公司 杭州市 310006)

1 工程概況

某跨河連續(xù)鋼桁拱，孔跨布置為57m+152m+57m，梁端距離邊支座中心1m，全長(zhǎng)268m，見(jiàn)圖1。兩片主桁，主桁橫向間距24m，雙向6車道+兩側(cè)人行道，節(jié)間長(zhǎng)度9.5m，邊跨設(shè)置6個(gè)節(jié)間，中跨設(shè)置16個(gè)節(jié)間，下拱肋采用二次拋物線，矢跨比為1/4，拱肋推力由系梁及鋼橋面承受，對(duì)外無(wú)推力；中跨吊桿采用縱向雙吊桿設(shè)計(jì)，全橋共設(shè)置60根吊桿；該橋建成后不僅能滿足交通功能要求，還能對(duì)提升橋位處的整體景觀起到積極作用。

圖1 連續(xù)鋼桁拱橋型布置圖

2 主桁設(shè)計(jì)

常規(guī)連續(xù)鋼桁拱在中支點(diǎn)位置設(shè)置加勁弦[1]，加大中支點(diǎn)桁高，保證施工及運(yùn)營(yíng)期間桿件受力，如圖2，本橋若采用加勁弦桁式，中支點(diǎn)處支座及鋼結(jié)構(gòu)均有防水要求，本橋百年水位181.12m，若采用中支點(diǎn)設(shè)置加勁弦桁式，需將主橋線路整體抬高，引橋加長(zhǎng)，主橋兩側(cè)引橋各需增加約260m，增大線路投資。因此本橋采用無(wú)加勁弦連續(xù)鋼桁拱設(shè)計(jì)，見(jiàn)圖3，孔跨布置為(57+152+57)m，雙向6車道+每側(cè)2m寬人行道。

圖2 加勁弦連續(xù)鋼桁拱方案

圖3 無(wú)加勁弦連續(xù)鋼桁拱橋方案

(1)主桁片數(shù)選擇

6車道+兩側(cè)2m人行道橋?qū)捫枨?，主桁片?shù)可以采用兩片主桁、3片主桁或者分幅設(shè)計(jì)。

①兩片主桁受力特點(diǎn)

行車通透性較好，兩片主桁受力對(duì)稱、制造便利，但橫梁跨度大，為了減小橫梁受力，將人行道設(shè)置在主桁外側(cè)，主桁橫向間距為24m，橫梁可以通過(guò)變高設(shè)計(jì)使橫梁與下弦桿件連接匹配，用鋼量相對(duì)較省。

②3片主桁受力特點(diǎn)

橋梁總寬度需要增加中間主桁構(gòu)造寬度，行車視野被中桁受限較差；橫梁由3片主桁支撐，跨度減半，受力較小，可以輕松與下弦匹配；3片主桁施工繁瑣、中桁與邊桁受力不一致增加構(gòu)造及制造難度，3片主桁適用于車道數(shù)較多的市政公路超寬橋或者活載較大的鐵路橋[2]。

③分幅設(shè)計(jì)

橫梁寬度類似于3片主桁設(shè)計(jì)，但需要4片主桁，上部結(jié)構(gòu)用鋼量大增，同時(shí)基礎(chǔ)費(fèi)用也增加；

本橋綜合用鋼量、制造難度、施工難度及構(gòu)造連接便利，最終確定采用兩片主桁。

(2)主桁桁高及矢跨比

下拱肋節(jié)點(diǎn)線形位于二次拋物線上，最長(zhǎng)吊桿38m，矢跨比1/4；邊跨及中跨桁拱變桁高設(shè)計(jì)，中跨上拱肋及邊跨上弦節(jié)點(diǎn)線形通過(guò)2個(gè)曲線圓潤(rùn)過(guò)渡，為預(yù)留橋門架位置凈空要求，邊支點(diǎn)桁高10m，中支點(diǎn)桁高21.3m，拱頂桁高6m。

(3)節(jié)間長(zhǎng)度及主桁桁式

為保證橫梁縱向影響線長(zhǎng)度不過(guò)長(zhǎng)，縱梁計(jì)算跨度不過(guò)大，同時(shí)保證主桁桿件交角最大不超過(guò)60°，最小不小于25°，節(jié)間長(zhǎng)度設(shè)置為9.5m，邊跨6個(gè)節(jié)間，中跨16個(gè)偶數(shù)布置的節(jié)間，便于制造廠對(duì)稱制造降低難度，采用N型桁式。

(4)主桁桿件截面布置

邊跨上弦、下弦、中跨上拱肋、下拱肋均采用箱型桿件，桿件名稱見(jiàn)圖4，腹板大部分采用H型桿件，受力較大的壓桿為減小面內(nèi)長(zhǎng)細(xì)比采用箱型桿件，全橋桿件內(nèi)寬720mm，上弦內(nèi)高720mm，下弦內(nèi)高1260mm，下拱肋桿件根據(jù)受力程度變高設(shè)計(jì)，從拱頂最小720mm內(nèi)高增加到拱腳最大1080mm內(nèi)高；工字型腹桿翼板寬度630mm。

圖4 主桁構(gòu)件名稱示意圖

(5)主桁節(jié)點(diǎn)形式及桿件連接

為減少用鋼量及降低現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間，主桁采用整體節(jié)點(diǎn)，桿件之間采用螺栓連接，主桁上下弦桿、拱肋采用4面對(duì)拼，工字型腹桿采用3片對(duì)拼。

3 鋼橋面設(shè)計(jì)

本橋?yàn)閷?duì)外無(wú)推力拱，因此采用受拉性能好的鋼橋面，拱肋推力由中跨系梁及鋼橋面承受。鋼桁拱橋面通常采用密布橫梁鋼橋面[3]，本橋由于橋?qū)?，為?jié)省鋼橋面用鋼量，采用縱橫梁+小橫肋正交各向異性鋼橋面形式，橋面構(gòu)件的設(shè)置引導(dǎo)橋面?zhèn)髁ν緩接校轰摌蛎妗猆肋—橫梁—節(jié)點(diǎn)；鋼橋面—U肋—橫肋—縱梁—橫梁—節(jié)點(diǎn)；鋼橋面—U肋—橫肋—下弦—節(jié)點(diǎn)。

(1)鋼橋面板及縱向加勁肋

主桁之間設(shè)置16mm厚鋼橋面板，為了減小橫梁面外受力，橋面板與主桁下弦伸出肢相連形成連續(xù)板桁結(jié)構(gòu)；車行道范圍設(shè)置高300mmU肋進(jìn)行縱向加勁，U肋橫向間距600mm，橫梁橫肋開(kāi)口保證U肋連續(xù)通過(guò)。

(2)節(jié)點(diǎn)橫梁

節(jié)點(diǎn)位置設(shè)置一道節(jié)點(diǎn)橫梁，見(jiàn)圖5，橫梁采用倒T型截面，變高設(shè)計(jì)，橫梁端部高1260mm，與下弦等高便于連接；跨中彎矩較大區(qū)域加高到2600mm，下翼板寬740mm，厚度32mm。

圖5 節(jié)點(diǎn)橫梁斷面布置圖

(3)縱梁

全橋設(shè)置6道縱梁，縱梁橫向間距3.3m，縱梁采用倒T型截面，縱梁高度1200，橫梁開(kāi)孔保證縱梁連續(xù)通過(guò)，縱橫梁相交位置縱梁底板下方設(shè)置牛腿，保證彎矩傳遞。

(4)節(jié)間橫肋

為了減小U肋第二體系，橫梁之間設(shè)置2道橫肋，橫肋采用倒T型截面，橫肋高度840mm，由下弦及6道縱梁支撐，減小橫肋計(jì)算跨度從而減小橫肋用鋼量，橫肋與縱梁相交位置設(shè)置牛腿保證彎矩順利傳遞。

圖6 節(jié)間橫肋斷面布置圖

4 吊桿設(shè)計(jì)

為減小用鋼量，本橋采用柔性吊桿。由于吊桿為20年使用壽命的可更換桿件，為便于后期吊桿更換，同時(shí)增加意外斷索結(jié)構(gòu)安全度，采用雙吊桿設(shè)計(jì)，后期更換吊桿不需要中斷交通。結(jié)合下拱肋及下弦節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，采用縱向雙吊桿，吊桿縱向間距630mm，見(jiàn)圖7。吊桿與下拱肋、下弦節(jié)點(diǎn)板采用高強(qiáng)螺栓連接便于后期更換，下拱肋側(cè)為固定端，下弦側(cè)為張拉端，通過(guò)下弦檢查車便于吊桿更換后張拉，張拉空間不受限制。下弦頂?shù)装寰_(kāi)孔同時(shí)通過(guò)水平板補(bǔ)強(qiáng)下弦受力面積。

圖7 縱向雙吊桿布置圖

5 聯(lián)結(jié)系設(shè)計(jì)

為增加兩片主桁整體性，保證主桁面外穩(wěn)定，同時(shí)抵抗風(fēng)力等水平力，本橋設(shè)置平縱聯(lián)及橫聯(lián)，見(jiàn)圖8。

圖8 聯(lián)結(jié)系布置圖

(1)平縱聯(lián)設(shè)計(jì)

本橋設(shè)置下平縱聯(lián)及上平縱聯(lián)，上平縱聯(lián)設(shè)置在邊跨上弦及中跨上拱肋桿件上，下平縱聯(lián)設(shè)置在中跨下拱肋桿件上，由于節(jié)間長(zhǎng)度小，兩片主桁間距大，因此采用米字型平縱聯(lián)布置；中跨第一節(jié)間下平聯(lián)因?yàn)閮艨找蟛荒軡M節(jié)間設(shè)置。

(2)橫聯(lián)設(shè)計(jì)

邊支座位置設(shè)置桁架橋門架，中間隔節(jié)間設(shè)置一道橫聯(lián)，橫聯(lián)采用v型斜桿，中間設(shè)置直豎桿保上平縱聯(lián)面外計(jì)算長(zhǎng)度不過(guò)大，中支點(diǎn)桁高較大，采用雙層橫聯(lián)，其余均采用單層橫聯(lián)設(shè)置。

6 施工方案

本橋施工方案為先邊跨后中跨，結(jié)合履帶吊利用臨時(shí)墩拼裝邊跨，中跨先拱肋后橋面。

(1)在兩岸設(shè)置預(yù)拼場(chǎng)，進(jìn)行主橋基礎(chǔ)和墩身的施工，同時(shí)進(jìn)行邊跨臨時(shí)支墩施工，在邊墩設(shè)置起落梁及縱橫向移梁設(shè)施；在中墩設(shè)置縱橫向移梁設(shè)施。

(2)安裝邊墩臨時(shí)支座，利用履帶吊安裝邊跨鋼梁兩個(gè)節(jié)間。

(3)利用履帶吊借助臨時(shí)墩架設(shè)邊跨鋼梁至中墩，邊跨主桁、橋面系、聯(lián)結(jié)系均安裝，中支座就位；鎖定中墩支座縱向水平位移，兩側(cè)進(jìn)行壓重，保證施工期間縱向抗傾覆。

(4)利用履帶吊繼續(xù)懸拼中跨拱肋，橋面與系梁不安裝，繼續(xù)架設(shè)鋼梁至中跨中，預(yù)留合龍口；通過(guò)兩側(cè)邊支座落梁、縱移梁，使合龍口達(dá)到合龍要求,依次合龍桁拱下弦桿、桁拱斜桿、桁拱上弦桿，再連接平橫聯(lián)桿件。

(5)吊裝中跨系梁、橋面及吊桿至中跨合龍口，微調(diào)壓重與邊支座頂落梁位移使系梁合龍口達(dá)到合龍要求,拼裝合龍口系梁和橋面板。

(6)邊支座上抬，安裝永久支座，拆除壓重。

(7)安裝橋面鋪裝、欄桿、人行道，施工檢查設(shè)施，涂裝最后一道面漆，成橋。調(diào)整索力使索力和高程均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行動(dòng)靜載試驗(yàn)。

7 結(jié)語(yǔ)

本橋?yàn)闊o(wú)加勁弦市政連續(xù)鋼桁拱，桿件縱多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)橋?qū)挻髾M向受力要求高，主桁、橋面系、聯(lián)結(jié)系、吊桿各個(gè)組成部分相互影響制約，設(shè)計(jì)上需要統(tǒng)籌考慮：

(1)主桁片數(shù)、節(jié)間長(zhǎng)度需要考慮橋面及聯(lián)結(jié)系的布置。

(2)本橋?yàn)槭姓挊蛱峁┮环N結(jié)構(gòu)新穎、用鋼經(jīng)濟(jì)的橋面體系。

(3)為增加鋼桁拱安全系數(shù)、便于后期更換吊桿及更換吊桿時(shí)減小交通影響，建議采用雙吊桿布置。

(4)本橋?yàn)楣?jié)間長(zhǎng)度較小、桁寬較大鋼桁梁、鋼桁拱提供一種聯(lián)結(jié)系布置模式。