非對(duì)稱無推力拱橋設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究

2017-01-05 12:53:40潘常建

城市道橋與防洪 2016年12期

關(guān)鍵詞：橋梁體系結(jié)構(gòu)

張滔，潘常建

（天津城建設(shè)計(jì)院有限公司，天津市 300122）

非對(duì)稱無推力拱橋設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究

張滔，潘常建

（天津城建設(shè)計(jì)院有限公司，天津市 300122）

九沙大道橋一端為中承式結(jié)構(gòu)形式，一端為下承式結(jié)構(gòu)形式，橋梁為中承式與下承式組合的單跨拱橋結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)體系及吊桿力直接決定了構(gòu)件受力狀態(tài)，局部關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜。對(duì)非對(duì)稱無推力拱橋結(jié)構(gòu)體系及合理吊桿力進(jìn)行了研究，并介紹了非對(duì)稱無推力拱橋關(guān)鍵局部節(jié)點(diǎn)構(gòu)造。相關(guān)研究成果可為類似橋梁的設(shè)計(jì)及施工提供借鑒。

無推力拱橋；結(jié)構(gòu)體系；吊桿力；局部節(jié)點(diǎn)

1 工程介紹

九沙大道跨運(yùn)河二通道大橋主橋?yàn)槿邕B續(xù)無推力拱橋，主橋采用新穎獨(dú)特的全鋼拱結(jié)構(gòu)，跨徑布置為30 m+95 m+20 m，全長(zhǎng)145 m，全寬42～50 m。主受力結(jié)構(gòu)由兩道邊拱和一道中拱組成，輔以風(fēng)撐連接。為產(chǎn)生良好的視覺效果（見圖1、圖2），中拱和邊拱分別采用不同的矢跨比。西側(cè)拱腳伸入下部基礎(chǔ)形成剛性連接，并輔以斜撐和拉桿，以消減主梁內(nèi)力和相鄰拱腳的水平力；東側(cè)拱腳和橋面梁體剛接。橋梁基本構(gòu)件的材料構(gòu)成為：鋼箱拱肋、風(fēng)撐、縱橫梁及正交異性鋼橋面板，整束擠壓環(huán)氧噴涂鋼絞線型吊桿等。

圖1 九沙橋效果圖

圖2 行車視覺效果圖

2 非對(duì)稱無推力拱橋結(jié)構(gòu)體系及合理吊桿力研究

2.1 結(jié)構(gòu)體系研究

采用大型通用有限元程序Midas civil，對(duì)兩端固定體系及一端固定一端滑動(dòng)體系進(jìn)行對(duì)比分析（見圖3、圖4）。

圖3 一端固定一端滑動(dòng)模型

圖4 兩端固定模型

由表1、表2可知，兩端固定體系與一端固定一端滑動(dòng)體系相比，主梁承擔(dān)的軸力直接轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)水平反力，恒載下水平反力約2 000 t；標(biāo)準(zhǔn)組合下由于橋梁結(jié)構(gòu)無法自由伸縮，水平反力高達(dá)7 000 t，嚴(yán)重制約了下部基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。

表1 兩種體系恒載作用下受力對(duì)比

表2 兩種體系標(biāo)準(zhǔn)組合下受力對(duì)比

無推力拱橋基礎(chǔ)中不產(chǎn)生水平推力，水平推力全部由結(jié)構(gòu)內(nèi)部系梁承擔(dān)[1]，結(jié)構(gòu)體系水平方向靜定，因此不需考慮常年溫差的變化以及長(zhǎng)期荷載作用下的土體滑移引起的內(nèi)力變化。

2.2 合理吊桿力研究

無推力拱橋的主要受力構(gòu)件為拱、吊桿和系梁組成的整體，一旦橋梁結(jié)構(gòu)布置確定，總能找出一組吊桿力，使得結(jié)構(gòu)在確定性荷載作用下，某種反映受力性能的指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)[2，3]。表3為兩種體系恒載作用下受力對(duì)比

表3 兩種體系恒載作用下受力對(duì)比

無推力拱橋中，吊桿力的合理與否直接關(guān)系著施工階段的受力安全和成橋后的內(nèi)力分布，這將影響橋梁今后正常使用狀態(tài)乃至使用壽命。張拉力可能需要多次張拉調(diào)整，才能達(dá)到理想的成橋狀態(tài)和內(nèi)力要求，確定吊桿的張拉力是問題的關(guān)鍵。

3 非對(duì)稱無推力拱橋關(guān)鍵局部節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

3.1 邊拱小拱箱腹板變化處局部分析

邊拱合并段范圍構(gòu)件截面形狀不一致，梁?jiǎn)卧Ｐ椭形纯紤]此變化，該節(jié)點(diǎn)的受力狀態(tài)需進(jìn)行細(xì)致分析。腹板變化段采用板單元模擬，其余采用梁?jiǎn)卧丸旒軉卧M（見圖5～圖7）。

圖5 板單元在全橋模型中

圖6 板單元模型

圖7 板單元應(yīng)力（最大131 MPa）

3.2 邊拱拱間聯(lián)系局部分析

兩條分離的邊拱在吊桿位置采用箱型鋼構(gòu)件連接，在中拱與邊拱之間設(shè)置風(fēng)撐以增強(qiáng)橋梁整體性能，其位置與吊桿位置對(duì)應(yīng)。拱間聯(lián)系處連接構(gòu)件較多，受力狀態(tài)較為復(fù)雜，特對(duì)其進(jìn)行局部分析。局部范圍采用板單元模擬，其余采用梁?jiǎn)卧丸旒軉卧M（見圖8～圖10）。

圖8 板單元在全橋模型中

圖9 板單元模型

圖10 板單元應(yīng)力（最大181 MPa）

3.3 邊拱分開段與合并段交接處局部分析

邊拱采用上下二層通透拱肋斷面的拱肋形式，拱肋由一個(gè)拱箱變成上、下兩道拱肋的漸變構(gòu)造細(xì)節(jié)，邊拱上、下兩層拱箱與風(fēng)撐吊耳的連接構(gòu)造細(xì)節(jié)，都需要進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算分析與局部節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的研究。過渡段采用板單元模擬，其余采用梁?jiǎn)卧丸旒軉卧M（見圖11～圖13）。