橋城—都勻小圍寨異型拱橋設(shè)計(jì)

張陽(yáng)宇

(貴州省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司)

1 總體設(shè)計(jì)

小圍寨橋位于都勻市外環(huán)東路上，橋梁連接劍化廠和火車站，是城市道路的重要組成部分。

小圍寨橋全長(zhǎng)96.0m，為2×42.0m異型鋼筋混凝土系桿拱，該橋采用獨(dú)特的異型拱設(shè)計(jì)，成為“貴州異型拱橋第一橋”。優(yōu)美的橋型與劍江河水景相互輝映。形成一幅美麗的畫(huà)卷，為橋城-都勻增加一道亮麗風(fēng)景。

2 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 跨徑布置

橋梁上部結(jié)構(gòu)為異型鋼筋混凝土拱，孔跨為42 m+42 m，橋梁全長(zhǎng)96 m。橋梁縱坡為0，橫坡為雙向人字坡2.0%。橋面全寬22 m，其組成為人行道(3.0 m)+車行道(15.5 m)+人行道(3.0 m)。異型拱采用單片拱肋，工字型截面，拱肋高度為1.2 m，寬度為1.0 m。斜拉吊桿按4 m等距、1∶0.4的斜率斜向布置，吊索采用定制高強(qiáng)鋼絲束，系梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，系梁寬度為1.5 m，高度為1.7 m。兩端為重力式U型橋臺(tái);橋墩為雙肢凱旋門墩身;基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)。

2.2 主拱

主拱構(gòu)造及主要尺寸:主拱為工字型截面，肋高120 cm，肋寬100 m，拱軸線計(jì)算跨徑L=40.6 m，計(jì)算矢高10.15 m，矢跨比1/4。

拱軸線呈非常態(tài)曲線，拱軸線方程為:

兩片拱肋之間于拱頂處設(shè)置直徑為600 mm，壁厚為12 mm的鋼管做為橫撐。橫撐采用現(xiàn)場(chǎng)加工并吊裝拼接的施工方法。

2.3 縱梁

縱梁承擔(dān)拱圈推力。縱梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土空心與實(shí)心斷面交錯(cuò)，縱梁寬度150 m，高度170 cm，空心斷面腹板厚25 cm，頂板及底板厚均為30 cm。縱梁預(yù)應(yīng)力鋼束采用單端張拉施工方式，按照A類構(gòu)件控制。

2.4 吊桿

吊桿采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲拉索結(jié)構(gòu)，鋼絲直徑7毫米鍍鋅高強(qiáng)鋼絲束。每個(gè)吊桿內(nèi)設(shè)61根鋼絲。鋼絲標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度f(wàn)pk=1 670MPa。順橋方向吊桿按4 m間距布置，每跨均布9對(duì)吊桿。吊桿的錨具為冷鑄鐓頭錨。設(shè)于拱肋上部和縱梁下部。張拉端設(shè)置在拱肋處吊點(diǎn)位置，固定端設(shè)于縱梁下部。

2.5 橫梁

橫梁采用實(shí)心截面。中橫梁寬度80 cm，端橫梁寬度100 cm。由于橋面橫坡由橫梁調(diào)整，故中橫梁高度由115 cm變化至130 cm;端橫梁高度由140 cm變化至155 cm。橫梁與縱梁一起現(xiàn)澆施工。

2.6 挑梁

挑梁采用實(shí)心截面。中挑梁寬度80 cm，端挑梁寬度100 cm。挑梁頂水平布置，中挑梁高度由45 cm變化至75 cm;端挑梁高度由45 cm變化至75 cm。挑梁與縱梁一起現(xiàn)澆施工。

2.7 預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)

(1)縱梁縱向預(yù)應(yīng)力束

縱梁上緣4根鋼束采用6φ15.20鋼絞線組成的鋼束。縱梁下緣及腹板鋼束采用7φ15.20鋼絞線組成的鋼束。

(2)橫梁橫向預(yù)應(yīng)力筋

橫梁內(nèi)布置橫向預(yù)應(yīng)力筋，采用4φ15.20 mm有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，每根橫梁布置4束。直線布置，一端張拉，一端固定，張拉端與固定端沿縱向交替布置。

2.8 普通鋼筋

除按橋規(guī)要求設(shè)置普通鋼筋外，對(duì)下述幾個(gè)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行了加強(qiáng)。

(1)拱肋所配鋼筋伸到縱梁底部并折彎與縱梁的主筋進(jìn)行焊接。

(2)在縱梁和拱肋交接處增加了抗剪鋼筋，并設(shè)置了圓弧筋，這樣鋼筋互相交叉，增加了拱肋與縱梁的嵌固程度。

(3)縱梁及橫梁鋼束錨固端部的槽口下，增設(shè)加強(qiáng)鋼筋網(wǎng)數(shù)層，并增設(shè)防崩的箍筋。

(4)縱向鋼束曲線段沿縱向布置加密鋼筋，并延伸至直線段一定長(zhǎng)度。

(5)縱向預(yù)應(yīng)力波紋管，采用10定位鋼筋網(wǎng)片，直線段每隔80 cm設(shè)置一道，曲線段每隔50 cm設(shè)置一道;曲線與直線交界位置必須設(shè)置一道。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

(1)主拱肋

主拱肋持久狀況承載能力最不利結(jié)果為:R(kN)=18 700，Nj(kN)=11 800，M j(kN·m)=-1 170，截面強(qiáng)度系數(shù)ξ=1.59。主拱肋持久狀況正常使用極限狀態(tài)裂縫寬度最大為0.133 mm。

(2)縱梁

縱梁正截面持久狀況承載能力最不利結(jié)果為R(kN)=-3 740，Nj(kN)=-3 560，Mj(kN·m)=-2 730，截面強(qiáng)度系數(shù)ξ=1.05。縱梁斜截面抗剪最不利結(jié)果為:Vcs=3 626.8，γ0Vd=1 434.7，(Vcs+Vpb)/γ0Vd=2.848。縱梁正截面持久狀況正常使用極限抗裂驗(yàn)算中，短期效應(yīng)上緣最小為0.407 MPa，下緣最小為 4.94 MPa。長(zhǎng)期效應(yīng)上緣最小為3.69 MPa，下緣最小為6.74 MPa。縱梁斜截面持久狀況正常使用極限抗裂驗(yàn)算中，短期效應(yīng)主拉應(yīng)力-0.459 MPa。縱梁消除結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的長(zhǎng)期撓度后，最大撓度為10.1 mm。縱梁正截面混凝土法向壓應(yīng)力驗(yàn)算中，上緣最大為15.9MPa，下緣最大為10.7 MPa。縱梁斜截面最大主壓應(yīng)力為7.82 MPa。縱梁預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力驗(yàn)算中，拉應(yīng)力最大為1 098 MPa。

(3)吊桿

吊桿索力及應(yīng)力變化幅度驗(yàn)算中，其最不利吊桿最大索力=1 600 kN，最小索力=1 000 kN，公稱破斷力=3 920 kN，安全系數(shù)為2.5。

［1］ 李生智 王瑋瑤 鄔妙年.異型拱橋［M］.北京:人民交通出版社，1995.

［2］李喬，李麗.異型拱橋內(nèi)力分析［J］.公路交通科技，2001，(1).

［3］王瑋瑤，李生智.異型系桿拱橋［J］.中國(guó)公路學(xué)報(bào)，1996，9(1).

［4］范立礎(chǔ).橋梁工程［M］.北京:人民交通出版社，2006.

［5］貴州橋梁設(shè)計(jì)院.都勻市外環(huán)東路慶豐至小圍寨轉(zhuǎn)盤(pán)小圍寨橋施工圖設(shè)計(jì).2009.