大跨度上承式钢筋混凝土箱肋拱桥设计与施工

( 3) 成桥后拱肋截面强度
力约 6. 85MPa。
表 1 使用阶段拱肋主要控制截面内力验算结果
截面
组合力
N_max
M
截面抗力 Nu
组合力
N_max
My
截面抗力 Nu
木鱼岛岸 桃岭岸
拱脚 1 /8 跨 1 /4 跨 3 /8 跨 拱顶 3 /8 跨 1 /4 跨 1 /8 跨 拱脚
－ 24432． 7 － 22830． 1 － 21977． 9 － 21417． 2 － 21220． 1 － 21429． 2 － 22001． 8 － 23024． 9 － 24301． 7
设缓和曲线。
( 2) 主拱圈: 横桥向主拱圈 由 二 根 拱 肋 组 成，
( 7) 纵坡: 桥上最大纵坡 3% 。
每根拱肋由 2 片预制安装的拱箱组成一个单箱双室的
( 8) 横坡: 双向坡 ± 1. 5% 。
箱形截面。拱肋间以横系梁联结。主拱肋采用等截面
3 结构设计
设计，160m 跨径每片拱肋高度 3. 3m，宽度 3. 0m。为 减轻吊装重量，预制拱箱高度为 3. 13m; 预制宽度为
－ 41366． 3 － 39004． 0 － 37744． 6 － 36892． 5 － 36579． 2 － 36901． 1 － 37761． 7 － 39313． 2 － 41116． 1
－ 7838． 1 － 9555． 5 － 3245． 8 11050． 5 16944． 0 10703． 1 － 4540． 4 － 10576． 7 － 3141． 4
( 2) 设计行车速度: 60km / h。
3. 2 主桥设计
( 3) 桥面宽度: 0. 5m ( 防撞护栏) + 8. 5m ( 行
( 1) 总体: 由于受到桥面高程及设计水位和地
车道) + 0. 5m ( 防撞护栏) ，全宽 9. 5m。
形的影响，主桥采用计算跨度 160m 的上承式钢筋混
( 4) 设计控制水位: 百年一遇水位 136. 07m。
图 1 金桃大桥总体布置图
2 技术标准
板) + 160m ( 钢 筋 混 凝 土 上 承 式 箱 肋 拱) + 6 × 13m ( 钢筋混凝土简支空心板) + 160m ( 钢筋混凝
( 1) 设 计 荷 载: 汽 车—20，挂 车—100; 人 群: 3kN / m2 。
土上承式箱肋拱) + 2 × 13m ( 钢筋混凝土简支空心 板) + 6m ( 桥台) ，全长 491m。
( 5) 拱上建筑: ①拱上建筑布置: 拱上建筑采 用预制钢筋混凝土立柱和盖梁，跨径 8m 的钢筋混凝 土简支空心板，在拱顶处采用实腹式设计，预制横向 桥面板。② 立柱与拱圈: 拱上立柱采用 2 根 1. 0 × 1. 0m 的钢筋混凝土方柱，采用预制吊装施工，最大 柱高 16. 963m，编号第 1 ～ 3 号和 12、13 号立柱长度 较长，超过 10m，整根立柱吊重较大，因此分为两段 预制，对立柱之间的接头进行了加强设计，立柱之间 采用钢板焊接与锚栓连接相结合的方式拼接，立柱吊 装就位并调整好标高，立柱顶先涂抹环氧砂浆，待立 柱对接就位，抹除被挤压出来的多余环氧砂浆，从而 避免接头结合面除出现空洞，之后先焊接预埋钢板，
一道，厚度有 0. 08m 和 0. 12m 两种，其中 0. 12m 横 合规范要求。
图 3 拱箱横向连接构造
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( 4) 拱肋现浇混凝土的构造处理: 根据参考文 献 ［2］ 的规定，将拱箱之间的混凝土和顶板现浇混 凝土一起浇注，拱箱上的竖向钢筋外伸，埋入顶板的 现浇混凝土中，并沿全拱宽设置通长钢筋网，浇注在 顶板的现浇混凝土层中。
构造最大的竖向挠度，对于桁架桥和拱桥不应超过
4. 2 主要计算结论
1 /800L ，此处 L 为计算跨径，用平板车或履带车荷
( 1) 截面应力: 使用阶段拱脚预制截面上缘最 载验算时，上述允许挠度可增加 20% 。对于金桃大
小压应力为 1. 05MPa，最大压应力约 13. 50MPa，下 桥，在偏心汽车荷载和挂车作用下，拱肋的竖向位移
桃大桥的拱圈高度在 2. 3 ～ 3. 2m，我国的经验公式在 大跨径拱桥时显得比国外偏小，因此，金桃大桥在结 合国内外有关桥梁及经验公式的基础上，拟定拱圈高 度为 3. 3m，为跨径的 1 /48. 5，满足规范要求。
对于箱形拱桥的矢跨比，一般为 1 /6 ～ 1 /10，一般 将矢跨比大于或等于 1 /5 的拱成为陡拱，矢跨比小于 1 /5 的拱称为坦拱，金桃大桥矢跨比为 1 /8。在规范的 允许范围之内，属于坦拱之列。
3. 1 桥梁纵向布置 ( 桃岭→梅山) :
1. 40m，采用 C50 号混凝土。拱轴弧长 165. 0054m，分
6m ( 桥 台) + 3 × 13m ( 钢 筋 混 凝 土 简 支 空 心 9 段预制安装，边拱肋弧长 21. 6425m，其余每段弧长
作者简介: 尹超 ( 1978 － ) ，男，江苏徐州人，硕士研究生，工程师，从事桥梁设计与研究。
拱肋采用预制吊装方法施工，160m 跨径每片拱 肋 分 8 段 预 制。 每 段 弧 长 20. 83m， 最 大 吊 装 重 量 60t。 5. 1 具体施工流程
( 1) 预制拱箱内侧板和横隔板。 ( 2) 现场浇注外侧板、顶板和底板。浇注前须 预埋好横系梁预留钢筋、拱上立柱台座预留钢筋和接 头及拱脚预埋型钢、吊点和扣点等预埋件。 ( 3) 分段预制完毕后，进行起吊安装 ( 建议采 用缆索吊) ，扣紧扣索; 紧固接头螺栓并焊接接头钢 板，浇注接头混凝土。拱箱起吊就位应考虑拱箱的预 抬高值。 ( 4) 同一拱肋的二片拱箱合龙后浇注接缝及箱
凝土箱肋拱，计算矢高为 20m，矢跨比为 1 /8，拱轴
( 5) 地震烈度: 6 度地区，按 7 度设防。
线采用悬链线，拱轴系数 1. 56，悬链线方程为 y = f
( 6) 平曲线要素: 桃岭岸引桥: 半径 R = 65m， ·( ch( k·ξ) / ( m － 1) ; 其中 f = 20，m = 1. 56，k = ln( m 缓和曲线长度 35m; 梅山岸引桥: 半径 R = 350m，不 + ( m2 － 1) ) /2，ξ = x /80。
4 结构计算
金桃大桥结构计算采用 MIDAS 空间有限元程序 程序进行计算。全桥模型共有结点 793 个，901 个单 元，其中包括 351 个板单元，550 个空间梁单元。其 离散模型如下图所示。模型以顺桥向为 X 轴，横桥向 为 Y 轴，竖向为 Z 轴。
图 4 拱肋现浇混凝土处理
考虑到拱箱间的现浇混凝土有 30cm 宽度、3. 3m 高度，因此，金桃大桥在拱箱间现浇混凝土内另外设 置了两排 D8 带肋钢筋网片，以利于拱肋预制部分与 现浇部分之间更好的联合作用，因此，金桃大桥拱肋 现浇混凝土的构造和处理措施符合规范的要求。
顶混凝土。
( 5) 进行横系梁施工，横系 梁 采 用 部 分 预 制，
吊装就位后浇注接头混凝土。
( 6) 横系梁施工完毕，达到设计强度之后，浇
注拱上立柱基座，吊装立柱施工。
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17. 6425m。最大吊装重量 70t。根据参考文献 ［2］ 的 规定，箱形拱桥主拱圈高度的经验公式为: d = ( ( L0 / 100) + a) × k，其中，d: 拱圈厚度; L0 : 拱圈净跨 径; a: 系数，单室箱 a = 70，多室箱 a = 60; k: 荷 载系数，汽 － 20 时取 k = 1. 4。根据此公式，金桃大 桥的拱圈最小高度为 3. 08m。经查阅，目前国外已建 成的大跨径钢筋混凝土箱形拱桥的拱圈宽度一般为跨 径的 1 /50 ～ 1 /70 ( 等截面拱) ，按照国外的公式，金
关键词: 上承式钢管混凝土肋拱; 结构型式; 结构分析; 施工特点
中图分类号: U44
文献标识码: B
1 桥梁概况
新建金寨县金桃大桥跨越梅山水库，结合桥位处 地形、地质条件，采用拱桥设计。金桃大桥主桥采用
2 孔跨度均为 160m 的上承式钢筋混凝土箱肋拱，引 桥采用跨度 13m 的简支空心板，桥梁全长 491m。跨 径组合: 主跨计算跨径为 160m，矢高 20m，拱轴系 数取 1. 56，桥跨布置如图 1 所示。
板间距不宜大于 5m，横隔板厚度在 0. 06 ～ 0. 08m 左 接焊接，并在底板上预留横向分布钢筋，待拱箱合龙
右，横隔板中间应挖空，以减轻重量，方便施工及养 后，将分布钢筋弯起交叉钩住，再现浇混凝土”。从
护人员通行”。金桃大桥拱箱内横隔板间距 2m 设置 图 3 中可以看出，金桃大桥预制拱箱间的横向连接符
再拧紧螺栓并焊牢，后浇接头混凝土要求采用微膨胀 混凝土。
( 6) 实腹段处理: 实腹段盖 梁 在 拱 肋 上 现 浇， 达到设计强度后安装横向桥面板。
( 7) 拱座: 拱座采用重力式混凝土拱座，扩大 基础。基础采用台阶式，埋置于弱风化花岗岩中，拱 座基础部分采用 C20 混凝土，拱脚部分采用 C40 混 凝土。
桥隧工程
大跨度上承式钢筋混凝土箱肋拱桥设计与施工
尹超
( 安徽省交通规划设计研究院，安徽 合肥 230000)
摘 要: 本文以金寨县金桃大桥为例介绍了大跨度上承式钢管混凝土箱肋拱桥主要设计与施工过程。内容包括: 桥梁
概况、结构型式、主桥结构分析、施工特点和设计结论等，为以后同类桥梁的建设提供参考依据。
缘最小压应力约 3. 46MPa，最大压应力约 18. 00MPa; 最大值分别为 1. 5cm 和 1. 0cm，小于 1 /800L = 20cm，
拱顶截面上缘最小压应力约 6. 06MPa，最大压应力约 因此，拱肋的挠度验算满足要求。
18. 20MPa，下缘最大拉应力约 0. 61MPa，最 大 压 应
图 6 金桃大桥空间模型示意图
4. 1 设计荷载 ( 1) 恒载 恒载包括一期恒载和二期恒载。一期恒载为构件
自重，按构件的面积和对应材料的容重程序自动计 入。二期恒载包括桥面铺装和护栏的重量。桥面铺装 及护栏荷载为 q = 3. 3kN / m2 。
( 2) 汽车荷载及人群荷载 金桃大桥设计为双向 2 车道，荷载等级为按汽车 － 20 设计，验算荷载为挂车 － 100。根据规范规定， 计算时将汽车荷载在横桥向的布置分为 2 种，最后结 果取包络，汽车荷载在横桥向的布置见图 7 所示。人 群荷载按 3. 0kN / m2 。
图 2 金桃大桥拱箱构造
( 3) 横隔板: 根据参考文献 ［2］ 的规定， “为 隔板主要用于吊、扣点处。金桃大桥的横隔板厚度和
了加强箱壁的局部稳定性，提高箱拱的抗扭刚度，拱 间距符合规范的要求。
箱内需设置横隔板，除在端头及吊扣点和拱上立柱处
对于闭口箱的横向连接，根据参考文献 ［2］ 的
必须设置外，其余部分间隔 2. 0 ～ 3. 5m 设置，横隔 规定，“在横隔板位置的顶板预埋钢板，用短钢筋搭
－ 21743． 1 － 8051． 3 5325． 5 19314． 4 24307． 9 19579． 3 5296． 6 － 8304． 2 － 18530． 8
42297． 8 64096． 7 68770． 9 42877． 4 33723． 8 42452． 0 68834． 5 63739． 5 47161． 4
69605． 6 67094． 3 74814． 8 64702． 5 56923． 1 65156． 1 73195． 1 65882． 0 75167． 5
从表 1 中数据可以看出，使用阶段拱肋主要控制 截面承载能力极限状态满足规范要求。
5 施工要点
主桥拱座基础采用人工结合小爆破开挖土石方， 爆破时应严格控制爆破强度，避免岩基造成破碎，降 低其承载力。开挖至设计标高后，须清除浮渣，用清 水冲洗干净后，满槽浇注混凝土。
图 5 金桃大桥拱上立柱接头 200 2011 年 11 期( 总第 83 期)
图 7 汽车荷载在横桥向的布置
( 3) 温度荷载
( 2) 挠度: 根据参考文献 ［5］ 的规定: 钢筋混
温度荷载考虑了季节温差，分析时分别按升温 凝土桥梁，以汽车荷载 ( 不计冲击力) 计算的上部
20℃ 和降温 20℃ 考虑。