不等跨實腹式五連拱橋設計

王文前

摘 要：步云橋為中新廣州知識城的一座景觀橋。橋梁采用實腹式五連拱橋，橋寬8m，是知識城中部雨洪蓄調工程的重點景觀橋梁和控制性工程。介紹其設計要點，概述了該橋的總體設計情況，包括設計參數、結構處理，并對橋梁結構內力進行了計算，以期為同類橋梁的設計與施工提供參考借鑒。

關鍵詞：景觀橋 實腹式五連拱橋 總體設計

本工程為市級公園項目，建設地點位于廣州市東北部蘿崗區九龍鎮。為方便行人及電瓶車通行的需要，在園區內設置三座景觀橋。步云橋為其中一座，該橋采用經典的不等跨五拱橋結構形式，體現傳統拱橋婉約美。

1.技術標準

（1）道路等級和設計速度：景區內為城市支路，設計時速20km/ h；步云橋為車行橋，雙向兩車道（電瓶車）。

（2）荷載標準：汽車荷載采用城-B級，人群荷載采用4.5kPa，并按《城市橋梁設計規范》進行折減。

（3）橋梁縱坡：8%。

（4）抗震標準：抗震設防烈度為7度，地震加速度為0.10g，本場地Ⅱ類場地，反應譜特征周期為0.35s。

（5）橋梁橫斷面布置：0.5m（防撞欄桿）+7.0m（車行道）+0.5m（防撞欄桿）=8.0m

（6）結構安全等級：橋梁結構安全等級為一級。

（7）環境類別及等級：結構所處環境類別為Ⅱ類。

（8）通航標準：設計洪水頻率：按1/100（100年一遇）考慮。

2.結構設計

2.1 總體布置

步云橋位于直線段上，跨徑布置為（16+20+24+20+16）m，橋梁總長度為110m，橋寬8.0m。步云橋為上承式實腹式五連拱橋，拱腹填料為泡沫輕質土（見圖2）。為了減小拱腳的不平衡水平推力，保證非機動車道推行需要，同時避免機動車掛底，故橋梁最大縱坡取值8%，凈矢跨比取值0.41～0.45.橋梁不設橫坡。

2.2 上部結構

步云橋上部結構為五孔實腹式板拱，拱軸線為圓曲線。拱圈截面為80cm厚鋼筋混凝土實心板，拱上建筑為50cm厚鋼筋混凝土懸臂式側墻。拱腹填料為泡沫輕質土，強度等級為F0.6，密度等級為D600。拱頂填料為透水性好的85cm厚碎石土，拱頂填料以上為15cm厚水泥穩定碎石，其上為橋面鋪裝層。橋面鋪裝為8cm厚淺灰荔枝面花崗巖+ 2cm厚M10水泥砂漿。

2.3 下部結構

橋臺采用擋土型橋臺，承臺采用4根直徑1.2m鉆孔灌注樁，承臺平面尺寸6mx4.7m，承臺厚1.5m。

3.計算分析

3.1 主要計算參數

計算模型采用橋梁計算有限元軟件Midas進行，拱圈采用梁單元模擬。拱上側墻采用虛擬梁單元模擬，單元抗壓剛度取值很大，抗彎剛度取值很小，只傳遞上部填料的豎向力不分擔彎矩。

全橋有限元模型包括梁單元726個，邊界條件按以下方式處理：根據實際位置建立樁基模型，土層約束采用土彈簧模擬，土層m=8000 kN/m4。

3.2 主要計算結果

（1）承載能力極限狀態驗算：拱圈第1孔、第5孔受力最不利，選取第1孔拱腳及跨中量個截面進行抗力驗算（見表1）。

由表1可見，拱圈抗力驗算滿足要求。

（2）正常使用極限狀態驗算：拱圈拱腳、跨中位置受力最不利，裂縫驗算結果見表2 所列。

由表2 可見，拱圈裂縫寬度均小于0.2mm，滿足規范要求。

在頻遇組合效應下，該結構具有較強的剛度，樁基的水平位移均不大于10 mm，同時相對水平位移均小于6 mm。

4.設計要點

4.1水平推力

多跨連拱橋是一種經常采用的拱橋形式，由于拱腳存在不平衡水平推力，該類橋設計與施工的關鍵技術便是如何減小和控制不平衡水平推力 。在滿足橋下通航和橋上交通功能的前提下，通過調整各拱矢跨比以及各孔的跨徑比的合理布置，不僅取得較好的橋梁景觀效果，同時也大幅減小了不平衡水平推力。

4.2 基礎剛度模擬

根據實際位置建立樁基模型，土層約束采用土彈簧模擬，土層m=8000kN/m4。通過計算，拱橋各墩的水平位移均小于10mm，同時拱橋各孔間的水平相對位移均不大于6mm。

5.結語

拱橋具備拱圈線型優美、承載能力大等優點，在橋梁建設中得到了廣泛的應用。多跨連拱橋是一種景觀效果較好的橋型，能夠實現與自然環境和諧統一。步云橋的設計，通過結構體系調整，減小了不平衡水平推力。計算結果表明，橋梁受力滿足規范要求。本橋的計算結果及處理方式，可為同類多跨連拱橋的設計提供借鑒。

參考文獻：

[1]JTG 3362-2018，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[2]黃興波.多跨連續拱橋設計問題探討[J].交通世界，2011（18）：124-125.