拱桥上部结构设计分析与探讨

摘要:本文根据某拱桥上部结构设计,分别对拱桥设计标准、上部结构设计要点进行了分析与探讨,为广大设计人员提供一定参考意见.

关键词：桥梁设计；设计标准；上部结构

1 工程介绍

桥梁起点桩号为K0+289.402,终点桩号为K0+441.402,桥梁总长152.0m.本桥平面位于直线上,纵面位于0.5%上坡段、R=7000m的凸形竖曲线及0.5%下坡段上,变坡点位于主桥中心K0+357.402.桥跨布置为1×16m（现浇空心板）＋80m(钢筋混凝土箱形拱)＋2×16m（现浇连续空心板）.上部构造主桥为净跨80m箱形拱，净矢跨比为1/5.

2 设计标准

设计荷载:公路Ⅰ级,同时满足城市-A级；人群3.5KN/m2；设计安全等级一级，结构重要性系数1.1；桥面宽:0.3m(人行道栏杆)+2.05m(人行道)+0.15m(人行道栏杆)+2.2m（槽形梁）+0.5m(防撞护墙)+24.5m(行车道)+ 0.5m(防撞护墙)+ 2.2m（槽形梁）+0.15m(人行道栏杆)+ 2.05m(人行道)+ 0.3m(人行道栏杆).桥面横坡:1.5%双向坡,坐标及高程系统:本桥坐标为温江坐标系,高程为温江高程.设计洪水频率1/100.地震动峰加速度值0.1g；地震动反应谱特征周期为0.40s.

3上部结构设计要点

3.1主拱肋

本桥主拱肋为中承式钢管砼拱肋,横桥向位于行车道与人行道间.每侧拱肋由两片构成,两片间以缀板砼相连于上、下弦杆处,桥面以上部分为桁架结构,桥面以下部分为实腹板哑铃形结构.拱肋高3.5m，宽2.2m,上、下弦杆为φ850*16mm的钢管,内灌C50砼,腹杆为φ400*10mm钢管,桥面以下腹板为缀板砼.主拱肋净跨径130m,净矢高37.143m,净矢跨比1/3.5.拱轴线为悬链线,拱轴系数为1.4,预拱度在拱顶取值f=0.13m,设预拱度后拱轴线仍为悬链线,其拱轴线系数m=1.37.主拱肋设置两道横向风撑,型式为K字撑,钢管桁架结构,设置于拱顶两侧12m处保拱肋合拢后施工阶段与证营运阶段稳定安全.

3.2边拱肋及拱上建筑

边拱肋净跨径32m,拱轴线为二次抛物线.边跨拱肋为箱形砼拱肋,横桥向位置与主拱肋相同.拱肋高3.5m,宽2.2m,顶、底板厚75cm,腹板厚70cm.拱侧侧面设厚5cm凹槽,边拱肋采用C40砼.为了防止边拱肋端部支座处出现负反力,边拱肋端部设置强劲现浇实心端横梁,端横梁采用C40砼现浇普通钢筋混凝土结构,在边拱肋与桥面系交接处设置2根肋间横梁,肋间横梁采用钢横梁与边拱肋预埋牛腿固接,在边拱肋跨中设置一道I字撑.

3.3吊杆与拱上立柱

本桥吊杆间距6m,吊杆采用Ф7镀锌高强平行钢丝,标准强度fpk=1670MPa,设计荷载2195KN.桥道横梁附近三根短吊杆采用PES（FD）7-139丝,安全系数4.07,锚具采用LZM（K）7-139Ⅲ型吊杆锚具；其余吊杆采用PES（FD）7-91丝,安全系数2.67,锚具采用LZM（K）7-91型吊杆锚具.为便于今后换索设计时将锚头外露,加防护罩保护.桥道横梁附近三根短吊杆两端均设球形铰.吊杆露出桥面以上2.5m范围内用外套不锈钢管防护,为保证行车安全在上面设反光标志.拱上立柱均采用φ900*16mm钢管砼,内灌C50砼.

3.4水平系杆

系杆采用高强低松驰钢绞线成品拉索置于砼槽型梁内，通过钢保护箱穿过主拱肋并锚于边跨端部，每片拱肋下布置6束,规格为15-37型,钢绞线标准强度为fpk=1860Mpa,为便于后期换索,每片拱肋还预留2索备用索孔道,系杆横桥向位置与拱肋相同.本桥系杆为体外预应力束,其端部配套锚具应具有防腐、重复张拉及可更换的功能,施工时建议由生产厂家到施工现场操作.

3.5桥面系

桥面系由横梁、小T梁、槽形梁、人行道梁及桥面现浇层组成,桥面纵向跨径除第7、8、27、28跨为7.5m,其余跨径均为6m.每两根横梁间设20片小T梁，2片槽形梁,2片人行道梁.吊杆横梁通过吊杆与主拱连接,立柱横梁则通过立柱与主拱肋或边拱肋连接,而主拱桥道横梁却将主拱肋很好的连接在一起.小T梁、槽形梁、人行道梁和吊杆横梁、通过它们之间的纵、横向湿接缝及桥面10cm后的后浇层而成一整体,在主拱肋范围内是通过桥道横梁支座支承和各吊杆弹性吊点,形成一悬浮体系.在桥道横梁到边拱肋间是通过桥道横梁支座支承以及立柱横梁的支座支承形成一伸缩体系.

4 主要材料

主拱钢管、腹杆、腹板缀板、上弦缀板、横撑、钢横梁、立柱钢管材质为Q345qD钢材,次要构件均采用Q235qC,材质应符合现行国标GB/T714-2000要求,为保证钢板焊接性能及抗层状撕裂要求,要求碳当量不大于0.44%,硫、磷含量不大于0.01%.用于主弦管、腹杆等钢管应有压扁试验的合格保证及冲击功的合格保证,45#钢,用于临时铰螺栓及系杆定位钢轴.材质应符合现行国标GB699-88的要求.钢绞线,用于系杆拉索,采用φs15.2低松驰高强度钢绞线,技术条件符合国家标准.强度标准值为1860Mpa.高强钢丝用于吊杆,采用PES(FD)7-91、PES(FD)7-139丝镀锌高强平行钢丝,技术条件必须符合JT/T6-94标准,强度标准值为1670Mpa。钢筋,钢筋均采用热扎R235和HRB335钢筋。应分别符合现行国标GB13013-1991、GB1499-1998规定焊接钢筋均应满足可焊要求。C50微膨胀自密式混凝土:用于主拱肋、拱上立柱、缀板混凝土及拱肋腹板应采用以往行之有效的外加剂。

5监测监控

由于本桥跨度大、结构新颖,受力过程复杂,施工加载程序繁多,对施工技术要求较高.为保证本桥施工质量,要求施工单位必须有飞燕式钢管系杆拱施工的成功先例,项目施工技术负责人必须有飞燕式钢管系杆拱施工负责经历.对主拱标高进行测量,吊杆索体下料长度还需按照实际拱轴线计算确定并结合厂家提供细部构造要求,经过厂家及监理确认后方可下料,吊装横梁就位后将吊杆穿入横梁预留孔、调整标高、上紧上下锚头螺母,吊杆长度在安装过程中微小变化用锚具螺母调节使桥面标高满足设计要求,施工防水罩等附属装置.与吊杆配套使用的锚具、减震装置、防水罩等附件细部尺寸以厂家提供为准.

为确保大桥施工质量、确保设计意图的实现,要求主桥施工全过程实行监测监控,施工监测、监控内容包括主拱墩顶水平位移,主拱肋拱轴线形及旁弯,主拱边拱肋和拱肋各控制截面应力,边拱肋端横梁地座处支点反力,水平系杆摩阻损失和伸长量测量,成桥静、动载试验等.施工监测、监控单位既要通过监测、监控判定各施工阶段结构变位和控制截面应力是否符合设计要求、是否在安全范围内,确保施工安全和施工质量,通过对结构各阶段测试,识别结构实际工作状态和结构参数,掌握环境作用对结构影响规律指导下一阶段施工.

6 结论

本文对该桥上部结构设计进行分析,在桥梁设计过程中严格按照规范进行,采用科学合理设计方案才能确保工程设计质量达到要求,为我国桥梁建设做出一点贡献。

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