上承式空腹板拱橋實例分析

張德宣

（蘇州同尚工程設計咨詢有限公司，江蘇 蘇州 215021）

上承式空腹板拱橋實例分析

張德宣

（蘇州同尚工程設計咨詢有限公司，江蘇 蘇州 215021）

通過具體的工程實例，詳細介紹了上承式空腹板拱橋的設計原理、構造分析，相比常見的實腹板拱橋大大降低了橋梁結構自重。該橋型結構輕盈、美觀大方、受力合理，結合該橋型的受力特點對結構進行建模計算分析，提出合理的處理措施。

拱橋；結構分析；裂縫；強度

0　引　言

拱橋是一種常見的橋梁形式。由于拱是主要承受壓力的結構，因而，可以充分利用抗拉性能較好的圬工材料（石料、混凝土、磚等）來建造拱橋[1]。

上承式拱橋是指橋面系位于整個橋跨結構上的拱式橋梁。我國早在幾千年前就開始修建石拱橋了，比較耳熟能詳的趙州橋就是上承式空腹板拱橋，采用石材作為橋梁的主體承重結構。

隨著國民經濟的發展，鋼筋混凝土上承式空腹板拱橋開始在我國大規模建造，其結構輕巧，造型獨特，古樸大氣，受到橋梁建設者的青睞。

1　工程概況

卡倫湖環湖濱河濕地項目工程位于長春九臺卡倫鎮，該橋橋梁結構均采用3孔10m+14m+ 10m上承式空腹板景觀拱橋。

（1）上部結構

橋梁上部結構采用3孔10m+14m+10m上承式空腹板拱橋，拱圈為無鉸圓弧拱，拱軸線為圓弧線，主拱圈采用板厚0.45m的鋼筋混凝土矩形截面，副拱圈均采用板厚0.35m的鋼筋混凝土矩形截面，拱圈上設置立墻、現澆板。

（2）下部結構

橋梁下部結構橋臺、橋墩均采用承臺樁基礎。樁基礎均采用直徑100cm的鉆孔灌注樁，鉆孔灌注樁采用水下C30混凝土。

2　技術標準

車輛荷載等級：城-B級（小型車專用道路）；

人群荷載：按《城市橋梁設計規范》（CJJ11—2011）第10.0.5條說明計算，取值4.5kPa；

設計基準期：100a；

設計使用年限：50a；

結構安全等級：一級；

環境類別與作用等級：Ⅱ類；

設計水位：控制常水位203.85m，高于1%洪水位203.46m；

坐標系統：長春城市坐標系；

抗震設防烈度：7度。

橋面寬度：0.50m（欄桿）+5.0m（機非混行車道）+0.50m（欄桿），總寬6.0m。

3　結構受力分析

采用橋梁博士計算軟件對拱橋整體結構進行建模計算，模型如圖1所示。

圖1　結構模型

3.1強度計算

3.1.1結構抗彎承載力計算

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTGD62-2004）的第5.2.2條規定，對主拱圈結構進行正截面抗彎承載力計算。拱圈結構的抗力及抗力對應內力如圖2、圖3所示。

圖2　最大抗力及對應彎矩圖（單位:kN·m）

圖3　最小抗力及對應彎矩圖（單位:kN·m）

由圖2、圖3可見，拱圈結構部分的抗力均大于內力，結構抗彎承載力計算滿足規范要求。

3.1.2結構抗剪承載力計算

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTGD62-2004）的第5.2.6-5.2.12條規定，對主拱圈結構進行斜截面抗剪承載力計算。計算結果如圖4、圖5所示。

圖4　最大抗力及對應剪力圖（單位:kN）

圖5　最小抗力及對應剪力圖（單位:kN）

由圖4、圖5可見，結構各截面的斜截面抗力均大于內力，斜截面抗剪承載力能夠滿足規范要求。

3.2裂縫計算

該橋梁為鋼筋混凝土結構，通過結構驗算，拱圈結構裂縫寬度如圖6所示。

圖6　裂縫寬度圖（單位:mm）

由圖6可見，拱圈結構部分上下緣裂縫最大值為0.16mm，不超過規范要求（Ⅱ類環境鋼筋混凝土構件限值：0.2mm），故裂縫寬度驗算滿足規范要求。

4　設計關鍵點分析

（1）拱橋采用凈跨徑14m、10m的陡拱，矢跨比分別為1:4.341、1:3.776，存在一定的對橋臺的水平推力，因此設置了雙排樁徑1m的鉆孔樁來抵消水平推力。同時，計算時考慮臺后的主動土壓力、橋臺自重等各項荷載綜合作用下，樁基的位移不超過6mm。

（2）由裂縫寬度圖可以看出，拱圈結構負彎矩區裂縫寬度較大，故應加強拱圈結構上緣的鋼筋配置。本次設計上緣采用了直徑25mm的鋼筋，間距15cm設置，并在負彎矩區2m范圍內加密箍筋，進而增強結構的整體強度。

（3）考慮減輕自重及橋梁美觀，拱圈上部設置豎直橫墻，上部再澆筑鋼筋混凝土橋面板，形成通透美觀、造型獨特的空腹板拱橋結構。

（4）臺后填土能抵消部分水平推力，對拱橋的穩定非常重要，因此臺后填土應保持穩定，嚴格控制橋臺臺后回填土的施工質量。要求臺后采用6%灰土回填，分層夯密實，要求密實度同道路。分層厚度不宜大于20cm，嚴禁松土回填或突擊回填，嚴禁用淤泥質土回填。

（5）本次設計拱橋拱腳處與承臺采用固接的形式，如果考慮采用鉸接的連接方式，應在承臺與拱圈之間加設拱座，應特別加強拱腳處的鋼筋配置，并在拱槽內設置橡膠墊或者刷熱瀝青。

5　結　語

拱橋設計時應保證結構線形優美的同時盡量避免較大的水平推力，可以通過適當增大矢跨比、增加樁基數量及間距、加設臺后止推板等有效措施來減小墩臺水平位移，提高結構的整體安全可靠性。

[1]范立礎.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]JTGD62-2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

U448.22

B

1009-7716（2016）11-0058-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.11.016

2016-07-25

張德宣（1983-），男，江蘇鹽城人，工程師，從事橋梁設計工作。