某拱形連續梁橋的總體設計

廖成強

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都610031)

港里路橋位于莆田市媽祖城城區，靠近內海，橋梁上跨城內規劃內湖，是外部進入媽祖核心區和休閑度假區的交通要道，是媽祖城人文景觀片區的軸線工程和節點工程。橋梁方案有以下幾個控制點:

①橋址鄰近海邊，地質條件較差;

②橋跨布置有通航要求;

③需要盡量壓縮引道長度，避免高填土;

④橋梁景觀要求高，需要形成當地的標志性建筑并與當地“媽祖”文化有效地融合。

經過多方案比選，港里路橋(跨城內規劃內湖)采用(26+48+52+48+26)m五跨預應力混凝土拱形連續梁橋方案，全幅橋寬30m，拱腳與規劃內湖的常水位基本齊平。該方案宛如一群翱翔于海面上的海鷗，與內湖融為一體，是構筑物與自然的一種完美的結合，亦與新興媽祖城朝氣蓬勃的城市氣息相吻合，散發出激情與活力。

圖1 港里路橋效果

1 拱形連續梁橋特點

1.1 構造形式

拱形連續梁，其本質是屬于連續梁體系，它是借鑒拱橋的造型，通過將變截面連續梁的根部厚度進行加高，再通過調整梁底線形，使梁底面形成一個拱形結構，其受力特性與V形支撐連續梁一致，梁底面曲線可以是懸鏈線、拋物線，小跨結構還可以設計為圓曲線。拱形連續梁體同普通連續梁一樣，大都是按預應力混凝土設計。

拱形連續梁的矢跨比可根據構造需要調整，但一般維持在1/6～1/10之間。

連續梁支點位置可以根據造型需要設計成實腹、空腹型式。空腹式又可分為全空腹、空腹立柱式等兩種，其中，空腹立柱式更具有拱橋的特征，造型稍差。根據是否設置支座，拱形連續梁的結構體系又可分為支撐體系和剛構體系。常見的拱形連續梁構造如圖1～圖4。

圖2 實腹式拱形連續梁

圖3 空腹式拱形連續梁

圖4 空腹立柱式拱形連續梁

1.2 結構受力特點

實腹式拱形連續梁橋，本質就是變截面連續梁橋。如果單純按梁單元進行分析，梁體不存在水平推(拉)力，但如果從細部分析，墩頂區域則有很大的水平拉力，其受力模型則與空腹式拱形連續梁橋一致。

空腹式拱形連續梁橋(在墩頂區域為空腹)，由于該種構造形式已經具備拱橋的特征，橋梁在荷載作用下將產生較大水平推力或拉力，該部分水平推(拉)力除通過基礎分擔一部分外，大部分通過設置水平預應力鋼束分擔，對地基的要求并不高，在軟基地區也能適用。鑒于空腹式的拱形連續梁橋的受力特點，可以將其稱為自錨上承式拱橋。

1.3 施工方法

拱形連續梁橋施工方法主要有滿堂支架、少支架、轉體施工、懸臂拼裝等施工方法，根據橋址建橋條件不同、結構形式不同選用。

2 港里路橋總體設計要點

港里路橋經過多個方案比選后采用造型美觀的(26+48+52+48+26)m五跨預應力混凝土空腹式拱形連續梁橋，中跨52m，跨中矢高f=7.0米，矢跨比為1/7.4。橋墩墩身(拱座)為實心截面，基礎為群樁基礎;橋臺采用樁帽式橋臺。

全橋橫向全寬30.0m，左右幅分修。

2.1 主要結構設計

2.1.1 主梁(拱圈)構造

空腹區的拱腳段與實腹區的主梁段可合稱為拱圈。實腹區橋面系拱圈宜采用箱形變截面，而空腹區的拱腳，由于景觀需要，盡量降低截面梁高以滿足全橋線形協調，同時為了滿足受力需要，所以該區域梁體采用實心截面。

中跨跨徑52m，空腹區長2×9.5=19m，實腹區長33m，空腹區拱腳梁高1.2m，實腹區跨中梁高1.1m，空腹區與實腹區交接處最大梁高3.7m，拱形曲線采用圓弧線(中跨圓曲線半徑40m，邊跨、次中跨根據跨徑變化相應調整);跨中主梁橫斷面根據受力需要采用單箱三室截面，箱梁頂寬14.885m，底寬12.585m，兩側懸臂1.15m。

跨中主梁斷面如圖5。

圖5 箱梁跨中斷面

空腹段主梁(拱圈)按鋼筋混凝土設計，主梁截面寬12.585m，截面梁高由拱梁連接處的1.6m向拱腳1.2m截面按圓弧線變化，采用實體斷面。

橋面系主梁頂面均按1.5%橫坡設置，底面水平設置。

2.1.2 空腹區橋面系主梁構造

國內已建的類似橋梁，空腹區橋面系箱梁構造一般都與實腹區主梁連成整體，該方案使得整個橋面系連成一個整體結構，行車舒適性較好，但同時也有以下缺點:在銜接點位置橋面系主梁剛度變化太大，且在其頂部容易產生較大的拉應力，對結構不利。所以可以將空腹區橋面系主梁與實腹區主梁設置成分離狀態，即將空腹區橋面系主梁設置成簡支結構(圖6)。

空腹區簡支箱梁與跨中箱梁保持一致，也采用單箱三室斷面形式，梁高1.1m，箱梁頂寬14.885m，底寬12.585m，懸臂1.15m。簡支梁跨徑分別為12m(1、4號墩頂)和16m(2、3 號墩頂)。

圖6 空腹區局部構造

2.1.3 預應力體系

上部結構主梁最大跨徑達到52m，全橋橋面系區域主梁均按A類部分預應力混凝土設計。橋梁地處人工湖，地質條件較差，通過設置體外預應力索來平衡拱形結構產生的水平力，而不能全部依靠下部結構基礎來承擔。

箱內縱向預應力體內鋼束設置了頂板束、底板束以及腹板束。體內束和體外索索體均采用s15.2鋼絞線，標準強度=1 860MPa。體內束采用塑料波紋管成孔，錨具采用相應成品錨具。體外索索體采用環氧噴涂無粘結鋼絞線，外套HDPE套管，錨具為可調性錨具，并配置相應的成品減震器、成品轉向器等(圖7)。

圖7 中跨跨中鋼束斷面

2.1.4 下部結構設計

如前所述，梁體與橋墩之間，可以通過支座連接，也可以采用固結體系。本橋由于有通航及浪濺、耐久性要求等原因，梁體與橋墩之間不宜采用支座而采用固結體系。

橋墩處拱座采用實體鋼筋混凝土拱座，拱座頂面寬70cm，底面寬310cm。拱座通過承臺下接16根1.5m鉆孔灌注樁基礎。

橋臺為樁帽式橋臺，樁基同橋墩采用1.5m鉆孔灌注樁基礎。

2.2 施工方法

對于本橋而言，施工方法和加載順序決定著成橋的受力狀態，研究確定出合理的施工方法是本橋設計的又一重點。

港里路橋由于其所跨越為規劃的人工湖，現階段有條件采用滿堂支架法施工主梁。但對于這種多次超靜定的剛構體系拱形連續梁，不宜一次性整體現澆，而需要在其跨中設置一定長度后澆合龍段，主要原因有以下二方面:

(1)通過設置后澆合龍段，以降低由于收縮徐變產生的二次內力，有效地改善結構受力;

(2)先澆段主梁澆筑完成后，形成懸臂體系，在合龍段澆筑之前，通過體外索或者其它措施對每個懸臂體系頂部施加一對體外預應力，以減少單懸臂根部區域的負彎矩，大大改善結構受力。

以上兩個原因中，后是主要的，對成橋內力的影響也最明顯。國內目前已建的類似橋梁，一般都是通過施加預應力改善懸臂梁的負彎矩，形成純自錨結構，而本橋采用另外一種更為便捷的方法(對向頂推施工技術)實現了該目標。即在中跨、次中跨合龍段澆筑之前，在合龍段位置對兩側梁體施加一對相等的頂推力，同時僅在邊跨通過一對體外索來平衡次中跨靠邊跨側的頂推力，達到每個橋墩位置懸臂梁受力情況均能夠得到有效改善的目的。對向頂推施工不僅能夠節約大量預應力鋼材，降低工程造價，施工控制也非常簡單，優勢明顯，在其它類似橋梁設計中值得推薦。

圖8 全橋主要施工步驟

本橋采用滿堂支架，分段澆筑，頂推施工，主要施工流程如下:

(1)下部結構施工完后采用滿堂支梁現澆主梁梁體，預留中間2m左右后澆合龍段;再同時在中跨及次中跨合龍段位置施加一對合理頂推力(本橋為9 000kN)，同時張拉全橋通長平衡體外索;

(2)選擇合理溫度澆筑后澆合龍段，張拉主梁體內預應力鋼束;

(3)支架現澆空腹區橋面系主梁，張拉相應體力預應力鋼束;

(4)調整全橋通長體外索內力，施工橋面系及附屬設施，全橋施工完畢。

3 結束語

(1)拱形連續梁橋相對于一般連續梁，拱形連續梁橋從橋梁景觀上更具優勢，特別是對于城市橋梁，拱形連續梁橋更適合區域標志性建筑及城市文化的載體;但其缺點是造價較一般連續梁稍高。

(2)通過選擇先進、優越的技術手段及合理的施工方案，能夠改善拱形連續梁等復雜結構的受力情況，同時也能夠在一定程序上節約工程材料，降低工程造價。

(3)由于拱形連續梁的結構體系特性，特別是如本文所述的墩梁固接體系的拱形連續梁，拱腳區域結構對混凝土收縮徐變、溫度等效應非常敏感，內力幅較大，在設計時必須對該區域結構進行詳細分析，并對結構進行加強處理。

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