敘永縣雞鳴三省大橋主拱圈設計分析

宋路兵

(四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司, 四川成都 610000)

1 工程概況

敘永縣雞鳴三省大橋位于川滇交界處，橫跨赤水河，是瀘州渡改橋工程及精準扶貧的重點項目。橋梁全長286.42 m，橋跨布置為(3×12.56+188.4+3×12.56) m，主橋采用凈跨180 m上承式鋼筋混凝土箱形拱橋，主橋及兩岸引橋的主梁均為12.56 m預應力簡支小箱梁，橋面連續，具體布置見圖1。該橋設計荷載為公路—Ⅰ級、人群荷載2.5 kN/m2，設計速度40 km/h；橋面寬11.5 m，雙向兩車道，地震動峰值加速度0.05g。主拱凈矢高36 m，凈矢跨比1/5，拱軸系數1.988，采用掛籃懸臂澆筑法施工。主拱圈分31個節段，兩岸對稱布置，1～3號段采用搭架現澆，4～15號段采用掛籃懸臂澆筑，16號段(跨中合龍段)長2 m，采用吊架施工。

圖1 敘永縣雞鳴三省大橋橋型布置(單位：cm)

主拱圈為單箱雙室截面，箱高3.5 m，箱寬9.6 m，外輪廓尺寸沿拱軸線保持不變。標準截面頂板、腹板和底板厚度均為30 cm，見圖2。拱腳段受力較大，其頂、底板厚度由30 cm線性漸變至60 cm，腹板厚度由30 cm線性漸變至50 cm。橫隔板厚度視斷面的傾斜程度分為60 cm、50 cm和40 cm三種，立柱間橫隔板厚25 cm。

圖2 拱圈標準橫斷面(單位：cm)

2 施工階段受力分析

2.1 施工方案

利用交界墩搭設臨時施工塔架，除起步段(1～3號段)采用搭架現澆施工外，其余節段采用掛籃懸臂澆筑法施工，合龍段在勁性骨架安裝完成后采用吊架法施工(圖3)，扣索分為臨時扣索(虛線)和(施工期)永久扣索(實線)，均一次張拉到位。主要施工階段如表1所示。

圖3 扣錨索布置

2.2 受力分析

結合正裝和倒拆施工分析，以施工階段主拱受力和變形限值作為約束條件，對施工過程各扣索張拉力進行優化分析，得到各扣索的張拉索力表。在設計給定的施工方案和張拉索力下，施工階段拱圈上下緣的壓應力均在合理范圍內：拱圈上緣最大拉應力出現在拱腳及四分之一拱圈位置，約為1.62 MPa，最大壓應力出現在跨中位置，約8.52 MPa；拱圈下緣最大拉應力和最大壓應力均出現在拱腳附近，最大拉應力為1.28 MPa，最大壓應力為9.96 MPa。由于四分之一拱圈位置施工完成后均處于全截面受壓狀態，可忽略個別施工階段的較大應力。拱腳和拱頂的受力與具體施工過程關系較大，故考慮在拱腳和拱頂區段添加聚丙防裂鋼筋網，以增加該部位的混凝土抗裂性能。懸臂澆筑階段拱圈最大豎向變形量為16.9 mm，位于拱頂附近(圖4、圖5)。

表1 主要施工階段

圖4 拱圈上緣最大拉應力應力分布(單位：MPa)

圖5 拱圈下緣最大壓應力應力分布(單位：MPa)

成橋階段拱肋處于全截面受壓狀態，壓應力范圍為2.67～9.44 MPa，分布較為均勻?？紤]收縮徐變后，恒載作用下拱肋處于全截面受壓狀態，壓應力范圍為2.06～9.96 MPa，分布較為均勻，應力大小適中。

主拱圈受力與具體施工過程有關，考慮到現場實施方案，如掛籃自重、扣塔位置和高度等可能與設計存在不一致的情況，設計文件在提供施工方案的同時，對施工期的拱圈受力提出明確要求，指導施工和監控方根據實際實施方案調整扣索索力，確保結構受力安全。

3 使用階段受力分析

3.1 強度計算

基本組合作用下拱腳局部出現拉應力，最大拉應力2.12 MPa，拱肋其余部位均處于全截面受壓狀態，最大壓應力為16.43 MPa。由于拱圈以偏心受壓為主，根據拱圈內力包絡圖，取四種作用組合分別為：最大負彎矩作用組合、最大正彎矩作用組合、最大軸力組合和最大軸力組合四種作用組合對拱腳、L/4、3L/8和跨中截面進行強度驗算，計算長度L0=0.36La=70.35 m，經計算，各控制截面均滿足受力要求。

正常使用極限狀態下，拱腳出現拉應力，拱肋其余部位均為全截面受壓，故需對拱腳進行裂縫寬度驗算。為偏于安全地簡化計算，不考慮防裂鋼筋網對拱腳混凝土抗裂性能的增強作用，同時僅考慮截面最外側鋼筋作為抗拉鋼筋參與計算。提取拱腳單元短期效應組合和長期效應組合的內力值，按規范相關條款進行計算，裂縫寬度為0.117 mm，滿足規范要求。

3.2 動力特性

本橋主拱跨徑180 m，主拱寬度9.6 m，寬跨比為1/18.75，大于1/20，根據DB 51/T 1992-2015《鋼筋混凝土箱形拱橋技術規程》，可不計算橋梁動力特性。

4 結束語

對主橋的施工過程、成橋狀態和使用階段進行受力分析，結果表明：設計給定的施工方案下，結構受力滿足規范要求。敘永縣雞鳴三省大橋主拱圈已于2019年7月成功合龍，2020年1月全橋建成通車，本橋在鋼筋混凝土箱型拱橋設計方面的經驗，可為以后同類橋梁作參考。