S型曲線上主跨100米拱橋選型與設計

曠 斌

貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550001

S型曲線上主跨100米拱橋選型與設計

曠 斌

貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550001

磨鄉大橋是國家高速公路杭瑞線貴州境遵義至畢節段跨越V型溝谷的大橋，橋梁處于S型曲線段內，主跨100米。本文重點介紹本橋的選型及設計計算過程，以供同行參考。

高速公路；拱橋

highwa；yarch bridge

橋梁簡介

磨鄉大橋是國家高速公路杭瑞線貴州境遵義至畢節段項目的重要構造物之一，橋梁為跨越磨鄉河而設，河谷深切，橋跨軸線上河床斷面呈V字型。橋梁孔跨兩岸引橋采用2×30m預應力砼簡支T梁，主跨采用100米鋼筋砼箱形拱橋。

本橋平面位于緩和曲線及圓曲線段上，平曲線要素：① JD1：R＝1000m、緩和曲線長Ls=150m。YH點：K1760+072. 596，GQ點：K1760+222.5964。②JD2：R＝720m、緩和曲線長Ls=155.044m。HY點：K1760+377.639。全橋縱坡：i ＝+1. 7%,i＝+3.8%,豎曲線變坡點為K1760+600, 變坡點高程為1391.536。豎曲線要素：豎曲線半徑30000m，T=315m，E=1.654m。

1.橋梁選型

本橋在初步設計階段結合橋位處的地形地質條件擬定了兩種橋型方案。方案一：2×30mT梁+ 100m（鋼筋砼拱橋）+2×30mT梁；兩岸橋臺為肋板式橋臺；方案二為（65m+110m+65m）預應力砼連續箱梁橋，兩主墩為空心墩、群樁基礎；兩岸橋臺為肋板式橋臺。兩方案橋型布置簡圖如圖1圖2所示：

圖1 方案一橋型布置簡圖

圖2 方案二橋型布置簡圖

初步設計階段對這兩種橋型方案進行了比選，具體內容如表1所示：

表1 橋型方案比較表

從上表1分析結果來看，對于本橋橋型，方案一優于方案二，故選取方案一作為推薦方案。

2.橋梁設計計算

本橋因橋跨處于曲線段內，施工階段采取主孔拱圈直修，通過調整拱上排架蓋梁懸臂端長度及拱上簡支板橫向位置來適應路線線型的需要；引橋每跨T梁按折線布置，通過調整主梁長度以適應路線線形要求；路線邊緣曲線通過調整邊梁外懸臂長度形成。主跨板拱主拱圈采用貝雷鋼桁拱架現澆施工，拱上排架采用支架現澆施工，拱上簡支板采用預制吊裝施工。引橋T梁采用預制場預制，機械吊裝架設；下部墩臺采用現場澆筑。

本橋跨徑為100m的鋼筋混凝土拱橋，矢跨比1/5，拱上立柱間距6.0m，主跨主梁為鋼筋混凝土板梁，兩端由拱上立柱支承。主拱拱肋采用10.5×1.9m鋼筋混凝土箱型斷面，拱軸線采用懸鏈線，拱軸系數為1.756。基礎均采用明挖擴大基礎。

橋梁主要技術指標如下：橋面凈寬11m（半幅），按三車道加載；設計荷載為公路-Ⅰ級；溫度荷載：設計基準溫度15℃，體系升溫19℃，體系降溫18℃，非線性溫差按2004版交通運輸部部頒規范規定計入。

2.1 整體平面靜力計算

2.1.1 計算模式

應用二維平面線性有限元軟件—橋梁博士進行計算，將結構簡化為二維模型，其中橋面板近似按整體板模擬；根據施工流程分別形成計算圖式，考慮各施工階段及運營階段荷載進行施工階段及運營階段整體受力計算，全橋共分為59個節點、55個單元、5個受力階段，結構離散見圖3所示。

圖3 平面結構離散圖

2.1.2 計算參數及荷載

拱肋、立柱采用C40混凝土：抗壓彈性模量為3.25x104MPa，標準抗壓強度為26.8MPa，標準抗拉強度為2.40MPa，線膨脹系數為0.00001；橋面板采用C30混凝土：抗壓彈性模量為3.00x104MPa，標準抗壓強度為20.1MPa，標準抗拉強度為2.01MPa，線膨脹系數為0.00001。荷載考慮有：①恒載：結構自重、混凝土收縮徐變。二期恒載集度為64.5kN/m。②汽車荷載：公路-Ⅰ級，橫向折減0.78。③溫度：按體系升溫19℃，體系降溫18℃考慮，考慮橋面非線性溫差。

2.1.3 控制荷載組合

①永久作用+汽車可變作用。

②永久作用+汽車可變作用+體系溫升+橋面板溫升。

③永久作用+汽車可變作用+體系溫降+橋面板溫降。

2.1.4 結構內力計算結果

2.1.4.1 成橋階段結構內力如圖4～5所示：

圖4 拱肋軸力圖

圖5 拱肋彎矩圖

拱軸單元內力表、橋面單元內力表、立柱單元內力表均不一一列出。

2.1.4.2 正常使用階段內力組合Ⅰ：長期效應組合如圖6～7所示：

圖6 拱肋最大、最小軸力圖

圖7 拱肋最大、最小彎矩圖

拱軸單元內力表、橋面單元內力表、立柱單元內力表均不一一列出。

2.1.4.3 正常使用階段內力組合Ⅱ：短期效應組合如圖8～9所示：

圖8 拱肋最大、最小軸力圖

圖9 拱肋最大、最小彎矩圖

拱軸單元內力表、橋面單元內力表、立柱單元內力表均不一一列出。

2.2 拱肋計算

2.2.1 拱肋配筋計算

根據上述內力結果對結構進行試配筋驗算，結構控制截面內力基本上可通過配筋達到要求。

2.2.2 拱肋剛度計算

經計算，活載撓度最大值發生在拱肋L 3/8處，正負撓度絕對值之和為0. 0066m，小于規范規定容許值L/800（0. 125m），故剛度滿足要求。

2.2.3 主墩基礎計算

根據設計要求，拱座基礎置于鑿去強風化巖之基巖上，要求基底承載力不小于1.0MPa，摩擦系數取0.5。計算基底承載力縱向受力效應，驗算抗滑安全系數和抗傾覆安全系數，詳見下表。

表4 主墩基礎計算結果匯總表

計算表明，基地壓力遠大于1MPa?；A抗滑移安全系數、抗傾覆安全系數均滿足規范要求。

如側向容許承載值也能達到1000kPa，按靜土壓力考慮其側向抗力，大小為69300kN，大于拱肋水平推力，故不需要驗算拱座基礎的抗滑移能力。

表5 主墩基礎計算結果匯總表

計算表明，基地壓力大于1MPa，可提高基礎要求，使其底面承載力不低于1.5MPa?；A抗傾覆安全系數滿足規范要求。

3. 結語

拱橋為貴州地區典型橋型，目前近年來因拱橋施工中出現的一些事故，此類橋梁占高速公路中的橋型比例漸少；對于貴州地區地質較好路段，尤其是灰巖、砂巖地區，地形呈V型或U型峽谷，在安全、經濟、適用、美觀的原則指導下，拱橋是不可替代的橋型。本文論述的橋梁尚處于S型曲線段內，在合理的橋梁加寬范圍內，大跨拱橋方案也是可以考慮的，對同類地形路線平曲線指標無法提高的情況下，本橋的思路具有一定的借鑒意義。

The Selection and Design of Main Span 100March Bridge in the S-Curve

Kuang Bin Guizhou Institute of Transport Planning Survey and Design Co, Ltd, Guiyang, Guizhou 550001

MOXIANG Bridge belongs to the highway of Hangzhou to Ruili(the section of Zunyi to bijie), across the V-shaped valley, the bridge at the S curve segment, the main span is 100meters. Describes the selection and calculation of the bridge, for reference only.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.04.022

曠 斌(1981—),男,工程師,2004年畢業于武漢大學土木工程專業,現從事橋梁設計研究工作。

表2 主墩基礎頂面內力匯總表

表3 主墩基礎底面內力匯總表