上承式連續梁拱組合體系橋梁設計實例探究

摘 要：本文介紹了一座上承式連續梁混凝土桁架拱橋的工程案例，以該橋為例介紹工程概況和結構設計 ，并總結了上承式連續梁拱組合體系橋梁設計特點和相關情況 ，可為類似橋梁的設計提供參考。

關鍵詞：上承式；連續梁；組合；設計

1 前言

目前，國內城市橋梁當中，出現的組合結構體系的橋梁越來越多，組合體系橋梁的發展已經形成一個趨勢，其中連續梁拱組合體系橋梁是目前發展較快的一種橋型，這種橋型既有拱橋的曲線柔美，又能體現連續梁橋的簡潔平順，是一種經濟、實用、美觀的橋型。連續梁拱組合體系橋梁一般分為三種形式：上承式、中承式和下承式，本文結合某路橋工程的設計情況簡要分析了上承式連續梁拱組合體系橋梁的設計要點，為類似工程的設計提供經驗。

2 工程概述及設計標準

該橋梁全長 80m，為一座三跨連續上承式混凝土桁架拱橋。目前已竣工通車。工程設計主要技術標準：道路等級：城市主干路；道路設計車速： 60km/h；道路設計車道：雙向六車道；橋梁設計荷載：城-A級汽車荷載；地震基本烈度：7度。

3 橋梁總體及結構設計

橋梁跨徑布置為21.5+37+21.5=80m，橋梁總寬為 29.5m，兩側各 3.5m寬人行道；全橋橫向分左、右兩幅等寬橋，單幅橋寬

14.74m，兩幅橋間設2cm寬沉降縫。橋梁上部結構外觀為三跨連續上承式混凝土桁架拱橋，實則橋梁兩橋墩頂均設置斷縫，兩邊跨為一端固結于橋墩，一端簡支于橋臺的桁式梁結構，而中跨為兩端固結于橋墩的桁式拱結構，邊跨與中跨由橋墩連系。邊跨與中跨橋梁上部結構均由下弦拱圈、上弦板（梁）以及立柱、斜桿組成。

斜桿采用預應力混凝土結構，下弦拱圈、拱上立柱及上弦板（梁）采用普通鋼筋混凝土結構。拱圈采用實心矩形截面，上弦板（梁）采用箱形截面，拱圈在拱腳處與橋墩固結，在拱頂處與上弦梁合并。立柱、斜桿采用實心矩形截面，端部分別與上弦板和拱圈固結。橋墩、橋臺為普通鋼筋混凝土結構，基礎采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，如下圖所示。

3.1 拱圈

軸線立面線形采用二次拋物線，中跨曲線方程：y=-0.01753x2+0.64865x（ 0≤x≤37m），坐標原點取為拱軸線與 1#橋墩軸線交點。邊跨曲線方程：y=-

橋梁立面圖（長度單位：m）

3.3 拱上立柱和斜桿

拱上立柱采用現澆C50普通鋼筋混凝土結構，設計斷面為矩形實心截面，全橋橫橋向共2列，厚度分0.3m和0.25m兩種；拱上斜桿采用現澆C50預應力混凝土結構，設計斷面為矩形實心截面，全橋橫橋向共2列，厚度為

0.3m。

3.4 基礎及下部結構

（1）橋墩：采用現澆 C30普通鋼筋混凝土實體墩墻，墩身寬度為12.75m，厚度為

1.6m，橫橋向分為兩座。

（2）橋臺：采用重力式橋臺，C30普通鋼筋混凝土，橫橋向分為兩座，中間設隔斷縫，臺身為一字型鋼筋混凝土直立墻，墻身厚度1.65m。

（3）承臺：現澆C25普通鋼筋混凝土，橫橋向分為兩座。

（4）樁基：采用C25普通鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，橋臺樁樁徑為1.2m，橋墩樁樁徑為1.5m。

4 施工流程

結合北方河流的季節性水文特點，主橋施工建議采用臨時墩-梁組合式支架架設法。施工流程主要包含六個施工階段：第一階段：河道內修筑導流圍堰，架設臨時便橋，根據拱圈臨時支架位置布置便橋橋墩，墩、臺基礎以及墩、臺身混凝土施工；第二階段：拱圈支架設立；第三階段：拱圈、上弦梁施工，拱上立柱、斜桿施工；第四階段：上弦板施工；第五階段：張拉拱上斜桿預應力鋼束，拱圈支架拆除；第六階段：人行道欄桿制作安裝，橋面系施工。

5 總體計算分析

5.1 計算方法及主要參數選取

由于橋梁橫橋向分為兩幅橋，兩幅橋間設置縱縫，且兩幅橋關于橋中線完全對稱，故計算中按單幅橋進行設計計算，計算方法及參數選取如下：

（1）使用《橋梁博士3.1.0》軟件，按平面桿件進行受力計算與分析。

（2）計算中考慮橋梁縱坡影響，忽略橫坡影響，但橋面單元高度取截面平均高度。

（3）施工流程①滿堂支架澆注橋墩、拱圈及上弦梁單元混凝土；②澆注豎桿及斜桿單元混凝土；③澆注上弦板單元混凝土；④張拉斜桿內預應力鋼束；⑤拆支架；⑥上二期恒載；⑦使用階段。

（4）計算時按3車道加載。

（5）相對濕度取 0.8，結構重要性系數

1.0。

（6）橋面橫向分布調整系數2.691；沖擊系數0.417。

5.2

設計荷載

5.2.1

恒載

（1）混凝土容重按25kN/m3計。

（2）橋面鋪裝瀝青混凝土厚度7cm，容重按23kN/m3計。

（3）橋面鋪裝混凝土（內設鋼筋網）厚度8cm，容重按25kN/m3計。

（4）人行道鋪裝輕質混凝土、方磚及邊石，容重按23kN/m3計。

（5）人行道欄桿及其底座，按 4.5kN/m計。

5.2.2 活載

（1）汽車荷載：城-A級汽車荷載；

（2）人群荷載：3.7kPa。

5.2.3 其他荷載

（1）整體升溫：+21.3℃；（2）整體降溫：-30.3℃；（3）橋面板升溫：橋面板頂緣8.5℃（除去鋪裝），距頂板2cm處6.22℃，距頂板 32cm處0℃；（ 4）橋面板降溫：橋面板頂緣-4.25℃（除去鋪裝），距頂板2cm處-3.11℃，距頂板 32cm處0℃；（ 5）基礎按彈性地基進行模擬。

5.3 主要構件鋼束及普通鋼筋布置情況

（1）0#～1#邊跨斜桿1、2中預應力束均為15-5鋼絞線22束，間距@50cm；2#～3#邊跨斜桿 1、2中預應力束均為 15-5鋼絞線 21束，間距@50cm。1#～2#中跨靠近1號墩側斜桿3、4中預應力束均為 15-5鋼絞線 21束，間距@50cm；靠近2號墩側斜桿3、4中預應力束均為15-5鋼絞線22束，間距@50cm。斜桿鋼束均為上端張拉，下端錨固。

（2）邊跨拱圈除跨中下緣局部配置雙層 Φ32@10cm鋼筋外，其余位置上、下緣均配置單層Φ32@10cm鋼筋；中跨拱圈上、下緣均配置單層Φ32@10cm鋼筋。

（3）所有拱上立柱上、下緣配筋均為 Φ16@10cm。

（ 4）上弦板上、下緣配筋均為 Φ20@10cm。

（5）普通鋼筋均為HRB335鋼筋。

5.4 總體計算分析結果

（1）斜桿應力結果

①最不利位置發生在斜桿與拱圈相交處；②正常使用極限狀態下短期效應組合截面最小主應力為-0.034MPa；③正常使用極限狀態下長期效應組合截面最小正應力為

1.19MPa；④正常使用極限狀態下標準效應組合截面最大主應力為 5.3MPa。根據上述結果，斜桿滿足A類構件的要求。

（2）普通鋼筋混凝土構件裂縫結果正常使用極限狀態下最大裂縫為

0.167mm，位置位于中跨跨中下緣，滿足裂縫寬度小于0.2mm的要求。

（3）上部結構剛度驗算結果

邊跨由汽車荷載（不計沖擊力）產生的最大撓度值為：1.9mm

6 結語

本文中所介紹的工程案例，已經正常運行多年，期間未出現異常情況，較好地滿足了設計的要求。以上所述為作者在本橋設計過程中對工程實例的簡要總結，希望本文能為今后的鋼筋混凝土桁架拱橋的設計提供并積累經驗。

參考文獻：

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