上承式鋼筋混凝土箱板拱橋優(yōu)化設(shè)計(jì)

韓童

摘 要：在現(xiàn)代化發(fā)展不斷加快的過(guò)程中，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人民生活水平顯著提高。在這樣的背景之下，我國(guó)的橋梁建設(shè)的發(fā)展也是尤為迅速。橋梁建設(shè)作為道路路網(wǎng)中的重要組成部分，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，橋梁建設(shè)也逐漸廣泛的應(yīng)用了先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行建設(shè)，由此進(jìn)一步提升了橋梁建設(shè)的整體質(zhì)量，也出現(xiàn)了不同類型的大跨度橋梁。本文中就跨西大溝景觀橋的上承式鋼筋混凝土箱板拱橋的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，結(jié)合該橋梁的實(shí)際情況，利用已有的拱橋建筑技術(shù)及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出一個(gè)合理、安全可靠的設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：上承式;鋼筋混凝土箱板;拱橋設(shè)計(jì);優(yōu)化分析

0 引言

隨著城市化建設(shè)的不斷加快，城市交通網(wǎng)絡(luò)也在不斷完善，橋梁建設(shè)則是城市交通的重要部分。而拱橋的建設(shè)歷史悠久，不僅造型美觀，同時(shí)也能充分發(fā)揮材料的抗壓性能，由此節(jié)省了很大一部分的造橋材料。就目前而言，拱橋的設(shè)計(jì)仍然十分受用，拱橋內(nèi)力分配合理，適合于中小型跨徑的橋梁設(shè)計(jì)，且隨著當(dāng)前先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的先進(jìn)設(shè)備用于橋梁的建設(shè)，尤其是起吊設(shè)備以及架橋機(jī)的發(fā)展。很大程度上縮短了拱橋施工的建設(shè)工期，因而對(duì)于拱橋的設(shè)計(jì)研究十分有必要。以下便以跨西大溝景觀橋?yàn)槔M(jìn)行分析，探討上承式鋼筋混凝土箱板拱橋優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體方案，以此來(lái)幫助更好的進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)。

1 工程概況及設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)要分析

跨西大溝景觀橋橋型為上承式鋼筋混凝土拱橋，橫向一幅布置，正交布置，橋梁全長(zhǎng)達(dá)到49 m，總長(zhǎng)為43 m，橋度10.5 m，全橋一聯(lián)。下部結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)形式進(jìn)行建設(shè)，全橋的布置形式如圖1，其橫斷面布置形式為2.00 m（人行道、包括欄桿）+3.25（小客車專用車道）+3.25（小客車專用車道）+2.00（人行道、包括欄桿）。橋梁采用鋼筋混凝土拱橋，主拱圈寬10.50 m，高0.60 m，為了便于模板制作和外形美觀，主拱圈沿縱向外輪廓尺寸保持不變。副拱圈寬10.50 m，高0.30 m，出于結(jié)構(gòu)需要在拱腳1.00 m范圍內(nèi)漸變到0.40 m高。主、副拱圈采用C40鋼筋混凝土現(xiàn)澆。拱腹側(cè)墻側(cè)墻厚0.50 m，采用C30鋼筋混凝土現(xiàn)澆。

2 方案比選簡(jiǎn)要介紹分析

一般情況下，上承式鋼筋混凝土箱板拱橋設(shè)計(jì)過(guò)程中，其方案比選的原則基本如下，拱橋設(shè)計(jì)方案的比較選擇主要依據(jù)的是安全、功能、經(jīng)濟(jì)以及美觀等指標(biāo)，在此過(guò)程中，拱橋設(shè)計(jì)的安全性是首要任務(wù)，其功能以及經(jīng)濟(jì)方面也是極為重要的，當(dāng)前橋梁建設(shè)快速發(fā)展，橋梁美觀方面的要求也在不斷的提升，尤其本橋位于景區(qū)，更加提高了對(duì)美觀的要求。矢跨比為拱軸線型的重要參數(shù)之一，當(dāng)跨徑與截面一定時(shí)，如果f/l很小，那么拱弧長(zhǎng)較短，此時(shí)拱橋橋肋的材料用量則比較小，均布載荷所產(chǎn)生的壓力卻有所增大。反之，如果F/l的值很大，此時(shí)雖然所產(chǎn)生的壓力比較小，但其拱弧比較長(zhǎng)，因而拱橋橋肋的材料用量也有了極大的增大。因此合理的選擇矢跨比對(duì)于拱橋的受力及材料用量的減少都有著很大的幫助。在此過(guò)程中，對(duì)于拱橋最佳矢跨比的確定首先要建立相應(yīng)的計(jì)算模型，一般的，拱橋構(gòu)架繁多，矢跨比的變化也會(huì)受到相應(yīng)影響，這就需要對(duì)拱橋的模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。

拱軸線的形狀直接影響拱圈截面內(nèi)力大小與分布，因此確定的拱軸線應(yīng)盡量降低荷載彎矩值，使荷載壓力線盡量重合與拱軸線。拱軸線主要有以下幾種形式，首先第一種為在均布豎向荷載作用下的合理拱軸，其為拋物線，表達(dá)式為y=4fx2/l2，第二種形式則為豎向、水平均勻荷載作用下的合理拱軸線為圓弧，由計(jì)算各種幾何量。此外，對(duì)于實(shí)腹式拱橋的恒載集度是由拱頂?shù)焦澳_連續(xù)分布逐漸增大的，其恒載壓力線為一條懸鏈線，這種情況下，可以采用五點(diǎn)重合法來(lái)選擇懸鏈線拱軸線。但對(duì)于空腹式拱橋恒載的變化不是連續(xù)函數(shù)，要是拱軸線和壓力線完全重合，拱軸線將會(huì)非常復(fù)雜。此外現(xiàn)在在一些大跨徑拱橋中，也有采用高次拋物線作為拱軸線的，這里就不一一介紹了。對(duì)于本橋而言，其拱結(jié)構(gòu)取跨度為32.8 m，矢高為5.0 m。豎向恒載作用下采用拋物線和圓弧作為拱軸線的主拱結(jié)構(gòu)的彎矩如下圖所示，由該圖的分析可知，豎向恒荷載作用下的拋物線拱受力較優(yōu)。

對(duì)于拱腳而言，拱橋右拱腳向右水平位移在拱腳截面產(chǎn)生負(fù)彎矩，右拱腳向下豎直位移在左拱腳產(chǎn)生負(fù)彎矩，這對(duì)結(jié)構(gòu)是很不利的，因此拱橋要盡可能的不讓其產(chǎn)生上述所描述的位移，必要時(shí)橋臺(tái)設(shè)置抗滑構(gòu)造物。對(duì)于拱橋拱腳水平反力而言，其與矢跨比的大小成反比，同時(shí)與拱上載荷大小成正比，即拱橋越拱，拱腳水平力越小，反之則越大，而拱上載荷越大，其拱水平力也越大，因此應(yīng)橋上填料應(yīng)盡可能采用輕型材料。同時(shí)對(duì)于不同線型的拱軸線而言，其拱軸水平反力也有著很大的差異。特別需要注意的是拱橋設(shè)計(jì)中必須考慮支座位移產(chǎn)生的內(nèi)力。

3 上承式鋼筋混凝土箱板拱橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要分析

對(duì)于上承式鋼筋混凝土箱板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)如下，首先是主拱圈的設(shè)計(jì)，一般的，橫橋向主拱圈是由兩根拱肋所組成的，而每根拱肋又是由兩片預(yù)制安裝的拱箱組成一個(gè)單箱雙室的箱型截面。在此過(guò)程中，主拱肋主要采用等截面設(shè)計(jì)，對(duì)于本橋，橋梁跨度不大，設(shè)計(jì)采用上承式鋼筋混凝土拱橋，其中主拱圈的寬度為10.5 m，高度為0.6 m，且主拱圈沿著縱向外輪廓尺寸是保持不變的，副拱圈寬度也為10.5 m，高度為0.3 m。對(duì)跨度很大的拱橋，為減輕結(jié)構(gòu)自重，設(shè)計(jì)截面采用箱型截面，在橫隔板的設(shè)計(jì)方面，主要是為了增加箱壁的局部穩(wěn)定性，同時(shí)也需要進(jìn)一步提高箱拱的抗扭剛度，因而需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的橫隔板，并將橫隔板之間挖空，由此減輕其整體質(zhì)量，這樣的設(shè)計(jì)也很大程度上方便了施工的進(jìn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文中就上承式鋼筋混凝土拱橋的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入的分析研究，其中以跨西大溝景觀橋?yàn)槔?jiǎn)要的介紹了不同橋型方案的比較選擇，通過(guò)對(duì)不同方案拱橋類型的選擇，幫助進(jìn)一步的推進(jìn)我國(guó)橋梁建設(shè)的研究發(fā)展。

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