余杭塘河橋主橋設計

嚴 君 叢欣建 林初杰

1 工程概述及結構構造

余杭塘河橋橋位所在河道為規劃六級航道，通航凈空B×H=22 m×4.5 m，河道規劃寬度為40 m，橋位位于河道交叉口附近，路線中心線與規劃河道中心線斜交角度為129°(右偏)，為滿足通航要求并考慮周圍景觀效果，主橋采用92 m下承式系桿拱橋，引橋采用30 m預應力混凝土簡支箱梁，全橋配跨為(30+92+30)m，橋面寬度為42.5 m。主橋主拱矢高為18 m、邊拱豎向矢高為23 m，兩側邊拱以主拱為對稱中心，計算跨徑均為89.932 3 m，拱軸線均為二次拋物線。

2 主橋上部結構靜力分析

2.1 計算軟件和計算模型

主橋采用《MIDAS/CIVIL2006》軟件進行計算分析，主梁采用梁格法進行模擬，拱肋、主梁及橫撐、斜撐均采用梁單元模擬，吊桿采用桁架單元模擬。全橋共劃分為560個梁單元，33個桁架單元，371個節點，全橋模型見圖 1。

2.2 作用和作用組合

永久作用:考慮結果自重、橋面鋪裝及橋面系等重量。

可變作用:1)活載:汽車荷載:城—A級，雙向六車道;人群荷載按CJJ 77-98城市橋梁設計荷載標準計算取值為2.5 kN/m2;汽車橫向折減系數和沖擊系數程序自動按JTG D60-2004公路橋涵設計通用規范取值;2)溫度荷載:體系溫度按整體升溫25℃，降溫25℃。

作用效應組合:施工階段作用效應組合，施工完二期荷載成橋狀態。正常使用極限狀態荷載作用效應按規范考慮以下組合:作用短期效應組合;作用長期效應組合;永久作用標準值與可變作用標準值組合。

2.3 鋼結構計算控制標準

鋼結構計算根據《公路橋涵鋼結構及木結構設計規范》中的容許應力法控制結構設計。

2.4 計算結果

2.4.1 施工階段分析

1)鋼管拱肋。成橋階段主拱鋼管及邊拱鋼管應力見圖2，圖3(拉應力為正，壓應力為負，單位 MPa，以下同)，主拱鋼管最大壓應力為105.0 MPa，未出現拉應力，邊拱鋼管最大壓應力為160.5 MPa，最大拉應力為12.1 MPa，均小于 210 MPa(規范規定的鋼材容許應力)，滿足規范要求。

2)主梁。采用梁格法將鋼箱梁劃分為三個縱梁，并對縱梁的抗彎剛度和抗扭剛度進行修正，經計算分析中梁受力最為不利，成橋階段中梁應力見圖4，最大壓應力為44.6 MPa，最大拉應力為127.8 MPa，均小于210 MPa，滿足規范要求。

3)橫梁、橫撐、斜撐。橫梁、橫撐、斜撐在成橋階段最大壓應力、最大拉應力均小于210 MPa，滿足規范要求。

2.4.2 正常使用極限狀態計算結果

1)鋼管拱肋。鋼管拱肋在標準值組合下的應力見圖5，圖6，主拱鋼管拱最大壓應力為122.5 MPa，未出現拉應力，邊拱鋼管最大壓應力為 190.8 MPa，最大拉應力為16.1 MPa，均小于210 MPa，滿足規范要求。

2)主梁。采用梁格法將鋼箱梁劃分為三個縱梁，并對縱梁的抗彎剛度和抗扭剛度進行修正，經計算分析中梁受力最為不利，成橋階段中梁應力見圖7，最大壓應力為55.8 MPa，最大拉應力為150.7 MPa，均小于210 MPa，滿足規范要求。

3)橫梁、橫撐、斜撐。橫梁、橫撐、斜撐在成橋階段最大壓應力、最大拉應力均小于210 MPa，滿足規范要求。

4)吊桿。吊桿采用OVM.GJ鋼絞線整束擠壓叉耳吊桿，正常使用階段主拱吊桿最大索力為 1 897 kN，安全系數為3.08，邊拱吊桿最大索力為1 128 kN，安全系數為3.13。

5)撓度。由活載引起的豎向撓度為(4.1+0.8)/1.09+2.2+0.6=7.3 cm＜L/800=11.3 cm，滿足規范要求。

3 主橋上部結構屈曲分析

對成橋階段穩定性進行分析，前三階均為平面外失穩，安全穩定系數分別為:K1=10.5，K2=11.7，K3=13.5，均大于 4。

4 結語

本橋型為蝶形拱橋，三片拱肋形成空間受力體系，拱腳處為結構受力比較不利位置。同時由于副拱拉索受凈空影響，此處副拱拉索無法設置，箱梁橫向受力也較大。

通過本次橋梁設計計算，此橋型采用全鋼結構相對自重較小，結構受力均能滿足規范要求。此橋型造型新穎美觀，是市政橋梁的一種不錯選擇。

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[2] 陳德柱.沙灣大橋設計介紹[J].山西建筑，2009，35(17):279-280.

[3] 陳寶春.鋼管混凝土拱橋[M].北京:人民交通出版社，2007:1.