四川漢源縣龍潭溝1號橋設計與施工

蔣益民

(中鐵大橋勘測設計院集團有限公司　武漢　430056)

四川漢源縣龍潭溝1號橋設計與施工

蔣益民

(中鐵大橋勘測設計院集團有限公司武漢430056)

摘要以四川漢源縣龍潭溝1號橋為例，介紹了上承式鋼筋混凝土空腹箱型無鉸拱橋的受力特點和相關設計參數的選用；采用三維空間程序對該橋進行了計算，驗證了該結構的抗震性能和穩定性。提出了用軍用梁施工拱肋的施工方案，并進行了詳細的計算。該方案通過調節下弦桿長度能較好地擬合拱肋懸鏈線，并可通過橫向增減梁片來適應拱肋寬度和拱架施工期間的內力要求。

關鍵詞拱橋設計與施工軍用梁

1工程概況

四川漢源縣新縣城龍潭溝1號橋為上承式鋼筋混凝土空腹箱型無鉸拱橋，孔跨布置為20 m+90 m+20 m，橋梁總長141.5 m，見圖1。該橋設計荷載標準為公路I級，人群3.0 kN/m2；設計車速50 km/h；橋梁寬度20.0 m；雙向4車道；抗震設防烈度按《工程場地地震安全性評價報告》[1]取值；抗震設防類別按《公路橋梁抗震設計細則》(JTG/T B02-01-2008)取值。

主橋采用上承式鋼筋混凝土空腹箱型無鉸拱橋，主橋拱肋跨度為84 m，拱肋矢跨比為1/5。拱軸線采用懸鏈線，拱軸系數m=1.5。

主橋拱上結構跨度布置采用10 m跨度形式，共布置9孔，橋面系由16片預應力混凝土空心板梁組成。橋面系簡支空心板梁支撐在拱上立柱的蓋梁上。主橋兩岸均設2孔20 m預應力空心板與橋臺連接。

橋梁全長141.5 m，設置2道伸縮縫，橋面寬20 m，橋面縱坡2.6%，橋面橫坡雙向2.0%，橋梁部分位于半徑500 m圓曲線上。由于橋梁部分位于曲線上，拱肋及拱座基礎仍按直線設計，僅拱上1，2號立柱帽梁偏移，以適應曲線變化。

圖1橋型布置圖(單位：cm)

2主拱肋總體設計

由于橋址處河道寬約150 m，僅有行洪要求、無通航要求。根據兩岸接線高程和最高行洪水位及地質條件，本橋采用上承式拱橋能減小跨度和建橋規模，故本橋采用上承式拱，拱肋跨度為84 m。三鉸拱和兩鉸拱結構整體性差、構造復雜、施工困難、不利于抗震，因此本橋采用無鉸拱。拱軸線的形狀直接影響主拱圈的內力大小和分布，經比較本橋恒載壓力線與懸鏈線較為接近，故本橋采用懸鏈線拱[2]。

拱肋矢跨比和拱軸系數的大小直接關系到其內力大小和分布，根據規范要求和本橋主拱圈拱腳處負彎矩絕對值大于拱頂處正彎矩的結構特點，采用較大的矢跨比對拱圈受力較為有利，經分析比較本橋拱肋矢跨比取1/5、拱軸系數m取1.5。

3主拱肋及拱上結構設計

主拱肋采用C50混凝土，截面采用寬15.0 m，高1.5 m的單箱4室普通鋼筋混凝土箱型斷面，頂、底板厚度均為25 cm，腹板厚度均為45 cm。每個拱上立柱所對應的位置均設一80 cm厚的橫隔板，拱腳根部段設置2.5 m長的拱托(實體段)，形成過渡段，與拱托相接處拱肋設置1 m實體段，以便合理傳遞主拱及拱上結構荷載至拱座。

主拱肋通過拱上立柱、蓋梁與橋面行車道板連接，拱上立柱共8根，采用3柱式鋼筋混凝土框架結構，截面為矩形。其中1，2，7，8號立柱橫向尺寸均為1.2 m，順橋向尺寸為1.0 m，1，8號立柱設置1道橫系梁[3]，橫系梁尺寸為0.8 m×0.8 m，以增強立柱結構的橫向穩定； 3～6號立柱橫向尺寸均為1.2 m，順橋向尺寸為0.8 m。

在立柱底部設立柱基座及橫向墊梁，基座最矮側0.5 m，高側根據位置不同變化。墊梁與基座同高，與立柱同寬。施工時要求立柱基座、墊梁與相應拱肋一同施工。

橋面系由16片跨徑為20.0 m或10.0 m的預應力空心板組成。10 m空心板高55 cm，頂底板厚12 cm，腹板厚23 cm；20 m空心板高90 cm，頂底板厚12 cm，腹板厚23 cm，標準橫斷面見圖2。

圖2標準橫斷面(單位：cm)

簡支板梁采用橋面連續體系，以改善橋面行車條件，最大連續長度為130 m。

4結構抗震和靜力穩定性計算

由于本橋為“5·12汶川大地震”災后重建區內的援建工程，故對該橋進行了結構抗震和靜力穩定性計算。

(1) 計算圖式。本橋成橋狀態的動力特性采用MADIS空間分析程序進行計算，橋墩、主梁與拱均采用空間梁單元，拱與立柱之間用剛性彈簧連接，拱與基礎交接處采用固結，墩底固結，拱上梁跨為簡支梁，立柱上支座采用彈簧單元模擬，其成橋狀態計算圖式見圖3。

圖3成橋狀態計算圖式

(2) 結構的動力特性及地震響應計算。成橋狀態結構動力特性見表1。

表1　成橋狀態動力特性

經驗算，最不利截面墩柱底的地震響應均在設計允許范圍內，結構抗震性能分析表明，結構各部位的地震響應均在設計允許范圍之內，說明結構具有足夠的抗震性能。

(3) 結構靜力穩定性分析。本橋對成橋狀態和施工裸拱狀態的靜力穩定性進行了分析，本橋的穩定性計算采用空間有限元法進行，有限單元法采用MADIS空間分析程序進行計算，計算模型同前述的動力特性計算圖式，各工況計算結果見表2。

表2　成橋狀態和施工裸拱狀態的穩定安全系數

由表2可見，該橋無論是成橋狀態還是施工裸拱狀態，其穩定安全系數均大于4[4]，滿足拱橋的穩定安全系數的有關規定。

5拱肋施工及關鍵技術

本橋采用軍用梁作為承力構件施工拱肋，軍用梁拱架橫向布置15片軍用梁，每片間距為1.07 m。拱橋的拱圈為懸鏈線，實際施工時設置一定的預拱度，懸鏈線的擬合采用調接下弦桿長度進行，見圖4。

圖4軍用梁拱架計算圖式

本橋拱圈施工為對稱分段分環施工，拱圈施工始終遵循對稱施工的原則，即以拱頂橫斷面為界南北兩岸對稱進行施工；拱圈施工橫向不分環，一次澆注完成，沿縱向分為7段，豎向分2環進行(拱托及拱腳2.5 m范圍內不分環)，拱圈分段處設間隔縫，縫寬1～2 m。

根據拱圈施工時軍用梁拱架的實際受力情況對拱架進行了施工期間應力、位移及穩定分析。經計算軍用梁拱架最大計算組合應力為157 MPa(見圖5)小于200 MPa，滿足軍用梁強度要求；最大豎向位移為5.4 cm(見圖6)小于L/1 000=8.4 cm，滿足施工規范要求；整體穩定計算結果第一階為縱向失穩，穩定系數為10.2(見圖7)、第二階為扭轉失穩，穩定系數為12.9(見圖8)，穩定安全系數均大于4[5]，滿足拱架穩定安全系數的要求。

圖5拱架強度計算應力等值線圖(單位：MPa)

圖6拱架強度計算位移等值線圖(單位：mm)

圖7拱架第一階為縱向失穩模態

圖8拱架第二階為扭轉失穩模態

6結語

本橋采用上承式拱橋減小了跨度和建橋規

模，采用無鉸拱結構整體性好、構造簡單、施工方便、有利于抗震。本橋采用懸鏈線拱、拱肋矢跨比取1/5、拱軸系數m取1.5，使拱肋結構受力較為均勻，滿足在各種工況條件下拱肋全截面受壓的要求。

本橋采用軍用梁作為承力構件施工拱肋，簡單方便，整體性好，采用調接下弦桿長度可較好的擬合拱肋懸鏈線，橫向可通過增減拱架梁片來適應拱肋寬度和拱架施工期間的內力以滿足施工的要求，可為類似橋梁提供借鑒和參考。

參考文獻

[1]武漢地震工程研究院,四川賽思特科技有限公司.漢源縣新縣城2號主干道龍潭溝1號橋、2號橋工程場地地震安全性評價報告[R].武漢:武漢地震工程研究院、四川賽思特科技有限公司,2006.

[2]顧安邦,范立礎.橋梁工程：下冊[M].北京:人民交通出版社，2000.

[3]JTG D62-2004 公路鋼筋混凝土及預應力鋼筋混凝土橋涵設計規范[S].北京:人民交通出版社，2004.

[4]JTJ041-2000公路橋涵施工技術規范[S].北京；人民交通出版社，2000.

[5]TB 10002.1-2005 鐵路橋涵設計基本規范[S].北京；人民鐵道出版社，2005.

Design and Construction of Lontangou No.1 Bridge in Hanyuan County，Szechwan

JiangYimin

(China Railway Major Bridge Reconnaissance & Design Group Co., Ltd., Wuhan 430056, China)

Abstract：Based on Longtangou Bridge in Sichuan province, the determination of different mechanical characteristics and design parameters of reinforced concrete deck hollow box hingeless arch bridge were described in this paper. A three dimensional FE program was employed to calculate the stability and seismic performance of this bridge. Military construction method was proposed and the detailed structure characteristics related to this method was carefully studied. There are two outstanding advantages in this method, firstly, through modifying the length of the link chord the rib centenary profile could be better adjusted; secondly, by the measure of adding or reducing the beam panel the different internal force during the whole construction phase can be dealt with.

Key words:arch bridge; design and construction; military beam

收稿日期：2015-02-23

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.008