拱橋上部結構設計分析與探討

摘要:本文根據某拱橋上部結構設計，分別對拱橋設計標準、上部結構設計要點進行了分析與探討，為廣大設計人員提供一定參考意見.

關鍵詞：橋梁設計；設計標準；上部結構

1 工程介紹

橋梁起點樁號為K0+289.402，終點樁號為K0+441.402，橋梁總長152.0m.本橋平面位于直線上，縱面位于0.5%上坡段、R=7000m的凸形豎曲線及0.5%下坡段上，變坡點位于主橋中心K0+357.402.橋跨布置為1×16m（現澆空心板）＋80m(鋼筋混凝土箱形拱)＋2×16m（現澆連續空心板）.上部構造主橋為凈跨80m箱形拱，凈矢跨比為1/5.

2 設計標準

設計荷載:公路Ⅰ級，同時滿足城市-A級；人群3.5KN/m2；設計安全等級一級，結構重要性系數1.1；橋面寬:0.3m(人行道欄桿)+2.05m(人行道)+0.15m(人行道欄桿)+2.2m（槽形梁）+0.5m(防撞護墻)+24.5m(行車道)+ 0.5m(防撞護墻)+ 2.2m（槽形梁）+0.15m(人行道欄桿)+ 2.05m(人行道)+ 0.3m(人行道欄桿).橋面橫坡:1.5%雙向坡，坐標及高程系統:本橋坐標為溫江坐標系，高程為溫江高程.設計洪水頻率1/100.地震動峰加速度值0.1g；地震動反應譜特征周期為0.40s.

3上部結構設計要點

3.1主拱肋

本橋主拱肋為中承式鋼管砼拱肋，橫橋向位于行車道與人行道間.每側拱肋由兩片構成，兩片間以綴板砼相連于上、下弦桿處，橋面以上部分為桁架結構，橋面以下部分為實腹板啞鈴形結構.拱肋高3.5m，寬2.2m，上、下弦桿為φ850*16mm的鋼管，內灌C50砼，腹桿為φ400*10mm鋼管，橋面以下腹板為綴板砼.主拱肋凈跨徑130m，凈矢高37.143m，凈矢跨比1/3.5.拱軸線為懸鏈線，拱軸系數為1.4，預拱度在拱頂取值△f=0.13m，設預拱度后拱軸線仍為懸鏈線，其拱軸線系數m=1.37.主拱肋設置兩道橫向風撐，型式為K字撐，鋼管桁架結構，設置于拱頂兩側12m處保拱肋合攏后施工階段與證營運階段穩定安全.

3.2邊拱肋及拱上建筑

邊拱肋凈跨徑32m，拱軸線為二次拋物線.邊跨拱肋為箱形砼拱肋，橫橋向位置與主拱肋相同.拱肋高3.5m，寬2.2m，頂、底板厚75cm，腹板厚70cm.拱側側面設厚5cm凹槽，邊拱肋采用C40砼.為了防止邊拱肋端部支座處出現負反力，邊拱肋端部設置強勁現澆實心端橫梁，端橫梁采用C40砼現澆普通鋼筋混凝土結構，在邊拱肋與橋面系交接處設置2根肋間橫梁，肋間橫梁采用鋼橫梁與邊拱肋預埋牛腿固接，在邊拱肋跨中設置一道I字撐.

3.3吊桿與拱上立柱

本橋吊桿間距6m，吊桿采用Ф7鍍鋅高強平行鋼絲，標準強度fpk=1670MPa，設計荷載2195KN.橋道橫梁附近三根短吊桿采用PES（FD）7-139絲，安全系數4.07，錨具采用LZM（K）7-139Ⅲ型吊桿錨具；其余吊桿采用PES（FD）7-91絲，安全系數2.67，錨具采用LZM（K）7-91型吊桿錨具.為便于今后換索設計時將錨頭外露，加防護罩保護.橋道橫梁附近三根短吊桿兩端均設球形鉸.吊桿露出橋面以上2.5m范圍內用外套不銹鋼管防護，為保證行車安全在上面設反光標志.拱上立柱均采用φ900*16mm鋼管砼，內灌C50砼.

3.4水平系桿

系桿采用高強低松馳鋼絞線成品拉索置于砼槽型梁內，通過鋼保護箱穿過主拱肋并錨于邊跨端部，每片拱肋下布置6束，規格為15-37型，鋼絞線標準強度為fpk=1860Mpa，為便于后期換索，每片拱肋還預留2索備用索孔道，系桿橫橋向位置與拱肋相同.本橋系桿為體外預應力束，其端部配套錨具應具有防腐、重復張拉及可更換的功能，施工時建議由生產廠家到施工現場操作.

3.5橋面系

橋面系由橫梁、小T梁、槽形梁、人行道梁及橋面現澆層組成，橋面縱向跨徑除第7、8、27、28跨為7.5m，其余跨徑均為6m.每兩根橫梁間設20片小T梁，2片槽形梁，2片人行道梁.吊桿橫梁通過吊桿與主拱連接，立柱橫梁則通過立柱與主拱肋或邊拱肋連接，而主拱橋道橫梁卻將主拱肋很好的連接在一起.小T梁、槽形梁、人行道梁和吊桿橫梁、通過它們之間的縱、橫向濕接縫及橋面10cm后的后澆層而成一整體，在主拱肋范圍內是通過橋道橫梁支座支承和各吊桿彈性吊點，形成一懸浮體系.在橋道橫梁到邊拱肋間是通過橋道橫梁支座支承以及立柱橫梁的支座支承形成一伸縮體系.

4 主要材料

主拱鋼管、腹桿、腹板綴板、上弦綴板、橫撐、鋼橫梁、立柱鋼管材質為Q345qD鋼材，次要構件均采用Q235qC，材質應符合現行國標GB/T714-2000要求，為保證鋼板焊接性能及抗層狀撕裂要求，要求碳當量不大于0.44%，硫、磷含量不大于0.01%.用于主弦管、腹桿等鋼管應有壓扁試驗的合格保證及沖擊功的合格保證，45#鋼，用于臨時鉸螺栓及系桿定位鋼軸.材質應符合現行國標GB699-88的要求.鋼絞線，用于系桿拉索，采用φs15.2低松馳高強度鋼絞線，技術條件符合國家標準.強度標準值為1860Mpa.高強鋼絲用于吊桿，采用PES(FD)7-91、PES(FD)7-139絲鍍鋅高強平行鋼絲，技術條件必須符合JT/T6-94標準，強度標準值為1670Mpa。鋼筋，鋼筋均采用熱扎R235和HRB335鋼筋。應分別符合現行國標GB13013-1991、GB1499-1998規定焊接鋼筋均應滿足可焊要求。C50微膨脹自密式混凝土:用于主拱肋、拱上立柱、綴板混凝土及拱肋腹板應采用以往行之有效的外加劑。

5監測監控

由于本橋跨度大、結構新穎，受力過程復雜，施工加載程序繁多，對施工技術要求較高.為保證本橋施工質量，要求施工單位必須有飛燕式鋼管系桿拱施工的成功先例，項目施工技術負責人必須有飛燕式鋼管系桿拱施工負責經歷.對主拱標高進行測量，吊桿索體下料長度還需按照實際拱軸線計算確定并結合廠家提供細部構造要求，經過廠家及監理確認后方可下料，吊裝橫梁就位后將吊桿穿入橫梁預留孔、調整標高、上緊上下錨頭螺母，吊桿長度在安裝過程中微小變化用錨具螺母調節使橋面標高滿足設計要求，施工防水罩等附屬裝置.與吊桿配套使用的錨具、減震裝置、防水罩等附件細部尺寸以廠家提供為準.

為確保大橋施工質量、確保設計意圖的實現，要求主橋施工全過程實行監測監控，施工監測、監控內容包括主拱墩頂水平位移，主拱肋拱軸線形及旁彎，主拱邊拱肋和拱肋各控制截面應力，邊拱肋端橫梁地座處支點反力，水平系桿摩阻損失和伸長量測量，成橋靜、動載試驗等.施工監測、監控單位既要通過監測、監控判定各施工階段結構變位和控制截面應力是否符合設計要求、是否在安全范圍內，確保施工安全和施工質量，通過對結構各階段測試，識別結構實際工作狀態和結構參數，掌握環境作用對結構影響規律指導下一階段施工.

6 結論

本文對該橋上部結構設計進行分析，在橋梁設計過程中嚴格按照規范進行，采用科學合理設計方案才能確保工程設計質量達到要求，為我國橋梁建設做出一點貢獻。

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