橋城—都勻小圍寨異型拱橋設計

張陽宇

(貴州省交通科學研究院有限責任公司)

1 總體設計

小圍寨橋位于都勻市外環東路上，橋梁連接劍化廠和火車站，是城市道路的重要組成部分。

小圍寨橋全長96.0m，為2×42.0m異型鋼筋混凝土系桿拱，該橋采用獨特的異型拱設計，成為“貴州異型拱橋第一橋”。優美的橋型與劍江河水景相互輝映。形成一幅美麗的畫卷，為橋城-都勻增加一道亮麗風景。

2 橋梁結構設計

2.1 跨徑布置

橋梁上部結構為異型鋼筋混凝土拱，孔跨為42 m+42 m，橋梁全長96 m。橋梁縱坡為0，橫坡為雙向人字坡2.0%。橋面全寬22 m，其組成為人行道(3.0 m)+車行道(15.5 m)+人行道(3.0 m)。異型拱采用單片拱肋，工字型截面，拱肋高度為1.2 m，寬度為1.0 m。斜拉吊桿按4 m等距、1∶0.4的斜率斜向布置，吊索采用定制高強鋼絲束，系梁為預應力混凝土結構，系梁寬度為1.5 m，高度為1.7 m。兩端為重力式U型橋臺;橋墩為雙肢凱旋門墩身;基礎采用樁基礎。

2.2 主拱

主拱構造及主要尺寸:主拱為工字型截面，肋高120 cm，肋寬100 m，拱軸線計算跨徑L=40.6 m，計算矢高10.15 m，矢跨比1/4。

拱軸線呈非常態曲線，拱軸線方程為:

兩片拱肋之間于拱頂處設置直徑為600 mm，壁厚為12 mm的鋼管做為橫撐。橫撐采用現場加工并吊裝拼接的施工方法。

2.3 縱梁

縱梁承擔拱圈推力。縱梁采用預應力混凝土空心與實心斷面交錯，縱梁寬度150 m，高度170 cm，空心斷面腹板厚25 cm，頂板及底板厚均為30 cm。縱梁預應力鋼束采用單端張拉施工方式，按照A類構件控制。

2.4 吊桿

吊桿采用預應力高強鋼絲拉索結構，鋼絲直徑7毫米鍍鋅高強鋼絲束。每個吊桿內設61根鋼絲。鋼絲標準強度fpk=1 670MPa。順橋方向吊桿按4 m間距布置，每跨均布9對吊桿。吊桿的錨具為冷鑄鐓頭錨。設于拱肋上部和縱梁下部。張拉端設置在拱肋處吊點位置，固定端設于縱梁下部。

2.5 橫梁

橫梁采用實心截面。中橫梁寬度80 cm，端橫梁寬度100 cm。由于橋面橫坡由橫梁調整，故中橫梁高度由115 cm變化至130 cm;端橫梁高度由140 cm變化至155 cm。橫梁與縱梁一起現澆施工。

2.6 挑梁

挑梁采用實心截面。中挑梁寬度80 cm，端挑梁寬度100 cm。挑梁頂水平布置，中挑梁高度由45 cm變化至75 cm;端挑梁高度由45 cm變化至75 cm。挑梁與縱梁一起現澆施工。

2.7 預應力設計

(1)縱梁縱向預應力束

縱梁上緣4根鋼束采用6φ15.20鋼絞線組成的鋼束。縱梁下緣及腹板鋼束采用7φ15.20鋼絞線組成的鋼束。

(2)橫梁橫向預應力筋

橫梁內布置橫向預應力筋，采用4φ15.20 mm有粘結預應力鋼絞線，每根橫梁布置4束。直線布置，一端張拉，一端固定，張拉端與固定端沿縱向交替布置。

2.8 普通鋼筋

除按橋規要求設置普通鋼筋外，對下述幾個重點區域進行了加強。

(1)拱肋所配鋼筋伸到縱梁底部并折彎與縱梁的主筋進行焊接。

(2)在縱梁和拱肋交接處增加了抗剪鋼筋，并設置了圓弧筋，這樣鋼筋互相交叉，增加了拱肋與縱梁的嵌固程度。

(3)縱梁及橫梁鋼束錨固端部的槽口下，增設加強鋼筋網數層，并增設防崩的箍筋。

(4)縱向鋼束曲線段沿縱向布置加密鋼筋，并延伸至直線段一定長度。

(5)縱向預應力波紋管，采用10定位鋼筋網片，直線段每隔80 cm設置一道，曲線段每隔50 cm設置一道;曲線與直線交界位置必須設置一道。

3 結構計算分析

(1)主拱肋

主拱肋持久狀況承載能力最不利結果為:R(kN)=18 700，Nj(kN)=11 800，M j(kN·m)=-1 170，截面強度系數ξ=1.59。主拱肋持久狀況正常使用極限狀態裂縫寬度最大為0.133 mm。

(2)縱梁

縱梁正截面持久狀況承載能力最不利結果為R(kN)=-3 740，Nj(kN)=-3 560，Mj(kN·m)=-2 730，截面強度系數ξ=1.05。縱梁斜截面抗剪最不利結果為:Vcs=3 626.8，γ0Vd=1 434.7，(Vcs+Vpb)/γ0Vd=2.848。縱梁正截面持久狀況正常使用極限抗裂驗算中，短期效應上緣最小為0.407 MPa，下緣最小為 4.94 MPa。長期效應上緣最小為3.69 MPa，下緣最小為6.74 MPa。縱梁斜截面持久狀況正常使用極限抗裂驗算中，短期效應主拉應力-0.459 MPa。縱梁消除結構自重產生的長期撓度后，最大撓度為10.1 mm。縱梁正截面混凝土法向壓應力驗算中，上緣最大為15.9MPa，下緣最大為10.7 MPa。縱梁斜截面最大主壓應力為7.82 MPa。縱梁預應力鋼筋應力驗算中，拉應力最大為1 098 MPa。

(3)吊桿

吊桿索力及應力變化幅度驗算中，其最不利吊桿最大索力=1 600 kN，最小索力=1 000 kN，公稱破斷力=3 920 kN，安全系數為2.5。

［1］ 李生智 王瑋瑤 鄔妙年.異型拱橋［M］.北京:人民交通出版社，1995.

［2］李喬，李麗.異型拱橋內力分析［J］.公路交通科技，2001，(1).

［3］王瑋瑤，李生智.異型系桿拱橋［J］.中國公路學報，1996，9(1).

［4］范立礎.橋梁工程［M］.北京:人民交通出版社，2006.

［5］貴州橋梁設計院.都勻市外環東路慶豐至小圍寨轉盤小圍寨橋施工圖設計.2009.