上承式鋼拱橋與建筑結合設計分析

劉 亮

（上海市政工程設計研究總院集團第十市政設計院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 項目概況

本文基于黃河流域蘭州白塔山段綜合提升改造項目（一期）項目為背景，在隧道東洞口設置1-55.339m上承式鋼拱橋。拱圈跨度55.339m,矢高為21.467m,拱圈之上設置六跨連續梁，跨徑布置（8+9+8.1+8.4+8.1+9+8）m，連續梁之上設置兩層仿古建筑廊亭。

2 主要技術標準

2.1 橋梁橫坡：橋梁橫坡通過建筑鋪裝調整，橫坡為1%。

2.2 橋下通行要求：橋下凈空≥4.5m。

2.3 荷載等級

人群荷載：按《城市橋梁設計規范》（2019年版）（CJJ 11-2011）取值。

2.4 橋梁設計安全等級

結構安全等級均為一級，結構重要性系數1.1。

2.5 設計基準期

橋梁設計基準期100年。

2.6 設計使用年限

橋梁主體結構使用年限為100年；欄桿、支座及伸縮縫等為15年。

2.7 抗震標準

按國家標準《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）（2016版）及《中國地震動參數區劃圖》(GB 18306-2015)的有關規定，蘭州市城關區抗震烈度為8度，設計基本地震加速度值為0.20g，設計抗震分組為丙類。

3 橋梁總體設計

橋梁采用1-55.339m鋼拱橋，拱肋之上設置7跨連續鋼箱梁，連續梁之上設置兩層廊亭。橋型布置圖如下所示：

圖1 橋型布置圖（單位：mm）

4 橋梁結構設計

4.1 總體設計

本橋梁為蘭州白塔山東洞口跨越隧道鋼拱橋，拱橋下部基礎采用群樁基礎，拱肋采用雙片箱形截面，拱肋之間采用橫梁連接。拱肋之上設置連續梁，連續梁之上設置2 層仿古建筑。建筑與連續梁焊接在一起，連續梁與拱肋用支座連接，梁體側面與拱肋立柱之間用阻尼器連接[1-3]。

4.2 下部結構及基礎

橋臺采用樁一字形，橋墩采用鋼結構矩形斷面，承臺混凝土采用C40抗硫混凝土；基礎采用?1.5m鉆孔灌注樁，樁長30m。樁基采用C35抗硫砼[4-5]。

4.3 上部結構

主梁采用雙邊箱結構，中間采用橫梁進行連接，梁高1.2m，中橫梁寬度2m，高度1.2m，端橫梁寬度1.5m，高度1.2m，結構頂底面均不設置橫坡。橫坡利用建筑鋪裝進行調整[6]。

4.4 支座

支座采用摩擦擺減隔震支座，為防止地震作用下連續梁整體側翻，在連續梁與拱肋立柱之間設置阻尼器，阻尼器大小根據計算確定。

5 總體空間計算分析

運用midas civil 空間有限元軟件對進行分析。

圖2 運營階段空間靜力分析計算圖示

圖3 基本組合主梁最大應力（MPa）

圖4 基本組合拱肋最大應力（MPa）

基本組合下，根據剪力滯折減，主梁上緣最大應力122.5MPa，下緣最大應力為220.2MPa，均不大于270MPa。剪應力23.1 MPa，彎剪耦合最大為0.941，均滿足規范要求。

基本組合下，拱圈上緣最大應力-112MPa，下緣最大應力為-74.7MPa，均不大于270MPa；主梁最大剪應力36.8MPa，不大于160MPa。均滿足規范要求。

6 結論

通過對1-55.339m 鋼拱橋空間有限元計算分析，可以得出如下結論。

1）經對比發現，雙片拱肋橫向聯系剛度越大，拱肋整體性能越好。

2）地震作用下拱上結構部分出現負反力，可通過阻尼器將拱肋與拱上建筑構造連接起來，防止側翻。

3）溫度作用下，鋼結構應力較大，通過梁體與拱肋之間設置支座減小溫度應力。

4）拱腳鋼結構與混凝土接觸面有拉應力，通過設置預應力轉拉為壓，保證混凝土在運營階段該部分處于受壓狀態。