三跨连续下承式系杆拱桥设计

三跨连续下承式系杆拱桥设计

摘要：以韶关市曲江区江畔步行桥18＋28＋18＝64m为例，简要的介绍了三跨连续下承式系杆拱桥的结构设计、模型计算和施工特点，为同类型的小跨径下承式系杆拱桥的设计和施工积累了经验。

关键词：下承式；系杆拱桥；结构计算；施工工艺

1．概述

韶关市曲江区江畔步行桥工程位于韶关市曲江区江畔花园南面，横跨马坝河，北端与沿堤三路相接、南端与石湾路相接，桥轴线呈北北西～南南东向，全长64米，桥面宽8.5米，桥梁设计为行人步行桥。

2．工程地质条件

韶关市曲江区江畔步行桥工程位于韶关市曲江区江畔花园南面，横跨马坝河。马坝河河面宽约60米、水深0.5～1.0米。勘察期间为枯水期，大部分河床已裸露出水面，仅中间河床有河流水。河床起伏不大，桥位区地面标高介于53.91～55.47米间，相对高差约1.50米。桥位区上覆地层为第四系冲积层，其下基岩是石炭系石灰岩，勘察场地区域上为“喀斯特”丘陵河谷地貌。

3．主要技术标准

荷载标准：人群荷载4.0KN/m2 ；

航道标准：不通航；

高程系统：黄海高程系统；

坐标系统：北京坐标系统；

纵坡及横坡：以桥跨中心桩号对称，两侧设2％的纵坡，并设R=1000米的凸竖曲线；桥面设双向1.0％的横坡；

桥宽：8米（人行道）＋2×0.25米（栏杆）＝8.5米；

地震烈度：基本烈度为６度，结构物按７度设防。

4．设计要点

韶关市曲江区江畔步行桥横跨马坝河，北接沿堤三路，南接石湾路。步行桥的平面线型为直线。以步行桥的中跨跨中为对称面，两侧设2％的纵坡，凸曲线的半径为R=1000m。

步行桥为三跨连续下承式钢筋混凝土系杆拱桥，计算跨径为18＋28＋18＝64m。桥面宽8.5m，其中人行道净宽8m。

4.1上部结构

三跨连续下承式系杆拱的中跨矢跨比为1/4.31，计算跨径为28米，矢高为6.5米。中跨拱肋采用b×h=60×85cm的工字型断面，在拱脚处变为矩形断面，拱轴线为抛物线。边跨的矢跨比为1/4.5，计算跨径为18米，矢高为4米。边跨拱肋采用b×h=60×70cm的工字型断面，在拱脚处变为矩形断面，拱轴线为抛物线。桥的纵梁兼做拱肋的刚性系杆，采用b×h=80×90cm的工字形断面，在拱脚处也变为矩形断面，同时局部加高；吊杆采用5Φs15.2高强度低松弛的钢绞线，外套Φ95×4mm的无缝钢管，钢管内灌注水泥砂浆。横梁采用预应力混凝土结构。内横梁底宽50cm，高85cm，两侧带20cm宽的牛腿。中横梁底宽80cm，高100cm，两侧带20cm宽的牛腿。端横梁底宽80cm，高100cm，单侧带20cm宽的牛腿。

4.2下部结构：

主墩采用桩柱式结构，墩柱采用Φ120cm的圆柱墩，下接Φ150cm的钻孔灌注桩。桥台采用重力式桥台，下设150cm厚的承台，承台下接双排Φ80cm的钻孔灌注桩。

4.3伸缩缝

0、3号桥台处设伸缩缝，共2道；采用BEJ-5型浅埋式伸缩缝装置。

4.4 支座

桥墩采用GPZ2500盆式橡胶支座，在2号墩的两个墩柱上，一处采用固定，一处采用横向活动而纵向固定，1号墩采用活动支座（单向和多向两种）。桥台采用GPZ1000盆式橡胶支座，0、3号桥台均采用活动支座（单向和多向两种）。

5．结构计算

5.1 计算模型

该步行桥采用商用有限元程序Midas2012计算。计算中仅考虑上部结构，下部结构的作用考虑成约束。将拱肋、纵梁和横梁用梁单元离散，吊杆用桁架单元模拟。上部结构划分成489个梁单元，28个桁架单元。计算图式如下所示：

模型的约束条件如下表所示：

注：(1)、“DX、DY、DZ”分别表示纵桥向、横向、竖向平动自动度；“RX、RY、RZ”分别表示绕纵桥向、横桥向、竖向的转动自由度。（2）“0”表示该自由度不约束，“1”表示该自由度受到约束。

5.2 计算结果

拱肋跨中截面强度验算：承载能力极限组合下，最大轴力组合设计值N=1438kN

拱肋根部截面强度验算：承载能力极限组合下，最大轴力组合设计值N=1846kN

纵梁施工状态满足规范短暂状况的要求，运营阶段其最大压应力为10.5Mpa<16.2Mpa，最大拉应力为0.5Mpa<1.33Mpa。

最终张拉时系杆的安全系数为3.05，成桥10年系杆的安全系数为3.12，荷载标准组合时系杆的安全系数为2.75（最小值），均大于2.5，满足规范要求。

6．主要施工步骤及工艺要求

（1）复测桩基础的中心坐标，纵横向间距及桥梁跨度，确保桩基础的准确无误后，钻孔施工桩基础，然后施工承台、桥台、桥墩；

（2）搭设支架，按要求进行预压以消除非弹性变形。安装模板、绑扎纵梁、横梁、拱肋节点段的钢筋。浇筑纵梁、横梁，以及拱肋节点段的砼；

（3）待纵梁和横梁的混凝土强度和龄期达到设计要求，张拉横梁预应力钢束，以及纵梁的第一批钢束；

（4）安装吊杆，按设计要求张拉吊杆；

（5）安装桥面板，施工铺装、人行道栏杆等；

（6）张拉纵梁的第二批钢束；

（7）拆除支架，成桥。

7．结语

下承式系杆拱桥虽然技术复杂，施工难度大，但以其跨度大、结构轻、造型美、省材料等优点已广泛应用于桥梁建设当中，但是作为景观性的小跨径系杆连续拱桥建设较少，本桥的兴建为同类型的系杆连续拱桥提供一些经验。

参考文献：

[1]王国鼎.拱桥连拱计算[M].北京：人民交通出版社.1998.

[2]邵旭东程翔云李立峰.桥梁设计与计算[M].北京：人民交通出版社.2007.