大跨度單索面鋼管混凝土拱橋橫向剛度控制因素研究

趙品毅

摘 要：針對大跨度單索面鋼管混凝土拱橋拱肋橫向剛度低的特點，對影響其橫向剛度的控制因素進行系統研究。結果表明：增加副拱、調整主拱截面尺寸均能有效提高其橫向剛度。研究結論已成功應用于某跨江市政橋梁設計。

關鍵詞：單索面 鋼管混凝土拱 橫向剛度

中圖分類號：U448.22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（b）-0082-02

連續梁拱組合體系橋梁或連續剛構拱組合體系橋梁已大量運用于國內外橋梁建設中，國內外很多學者均對該類型橋梁進行了系統的研究[1-4]。目前，國內外已有連續梁拱組合體系或者是連續剛構拱組合體系結構，它們一般采用雙索面或多索面的拱肋，拱肋中間采用橫撐連接，這保證了主拱橫向具有足夠的剛度及穩定性。

對F4橋來說，是將連續剛構作為主要結構受力體系，屬于典型的連續剛構拱組合體系，但是，將單跨跨度長達160 m的單索面拱肋作為加勁拱，這在國內外都實屬罕見，因為橋式是否具有可行性的控制因素決定于主拱的橫向。

F4橋主橋跨徑布置為（84+160+84）m，上部結構采用連續剛構拱組合體系，上部結構以連續剛構為主體，并在主跨配以單拱肋進行加勁。加勁拱肋設于主跨中央分隔帶處，矢跨比1/5，跨徑160 m，拱肋軸線采用二次拋物線。

為保證景觀效果，拱肋由一片主拱和兩片副拱組成，其中主拱僅在主跨范圍內設置，通過0號塊拱腳預埋段與主梁形成連續剛構拱組合體系；副拱在主橋范圍內均有設置，兩片副拱通過橫桿連接，主跨范圍內副拱通過豎桿與主拱相連，邊跨范圍內通過豎桿與主梁預埋鋼板相連；橫桿、豎桿連接在豎平面內形成穩定的三角體系。橋梁總體布置見圖1～圖2。

1 副拱對拱肋橫向剛度的影響

從景觀性的角度出發，F4橋增設兩副拱。由于副拱相對于主拱剛度很小，計算中往往忽視其對剛度的貢獻，而僅將其自重計入，從而導致拱肋結構剛度偏小。

假定主拱外徑采用2 000 mm、壁厚采用24 mm，副拱外徑采用500 mm、壁厚采用12 mm時，主拱及副拱間連接桿件采用寬500 mm、厚36 mm的鋼板，對是否考慮副拱抗力主拱跨中橫向位移進行比較。計算模型如圖3所示，計算結果如表1所示。

由計算結果可知，計算模型中考慮副拱對橫向剛度的影響，主拱跨中橫向位移有較大程度減小，相比不考慮副拱作用減小了59.4 mm（24.5%），即設置副拱大大增加了拱肋的橫向剛度。

2 主拱截面尺寸對拱肋橫向剛度的影響

拱肋采用單圓管鋼管混凝土拱，采用Q345鋼材，管內灌注C60混凝土。為研究主拱截面尺寸對拱肋橫向剛度的影響，從如下方面進行比較：（1）主拱采用不同管徑時橫向剛度的比較；（2）主拱采用不同壁厚時橫向剛度的比較；（3）主拱采用帶肋空鋼管與鋼管混凝土的橫向剛度比較。

（1）主拱采用不同管徑、壁厚對拱肋橫向剛度的影響。

主拱橫向剛度的比較如表2所示。

從表2可以看出，主拱肋鋼管壁厚相等的情況下，鋼管外徑每增加10 cm，橫向位移相應減少約12%；鋼管外徑相同的情況下，壁厚每增加4 mm，橫向位移相應減少約3.6%。

（2）主拱采用帶肋空鋼管和鋼管混凝土時拱肋橫向剛度的比較。

主拱橫向剛度的比較如表3所示。

從表3可以看出，在鋼管尺寸相同的情況下，帶肋空鋼管剛度遠小于鋼管混凝土。

綜上所述，增加主拱截面尺寸能有效的解決拱肋橫向剛度問題。

3 結論

（1）設置副拱能有效增加大跨度單索面鋼管混凝土拱橫向剛度，設計中不能忽視其對拱肋橫向剛度的貢獻。

（2）增加鋼管截面尺寸亦能有效增加鋼管混凝土拱橫向剛度，且增加管徑比增加壁厚效率更高。

（3）通過設置副拱、合理增加主拱鋼管截面尺寸，能有效解決大跨度單索面鋼管混凝土拱橫向剛度偏小的問題，并成功應用于F4橋。

參考文獻

[1] 董華縣.大跨鐵路連續梁拱組合橋梁空間受力性能分析[D].中南大學，2009.

[2] 劉成傳，陳立玲.鋼管混凝土拱橋的發展及應用[J].水泥與混凝土，2009（3）：100-101.

[3] 陳寶春.鋼管混凝土拱橋應用與研究進展[J].公路，2008（11）：57-66.

[4] 陳寶春，盛葉.鋼管混凝土啞鈴形拱面內極限承載力研究[J].工程力學，2009，26（9）：94-104.