上承式鋼筋混凝土箱板拱橋優化設計

韓童

摘 要：在現代化發展不斷加快的過程中，我國國民經濟飛速發展，人民生活水平顯著提高。在這樣的背景之下，我國的橋梁建設的發展也是尤為迅速。橋梁建設作為道路路網中的重要組成部分，隨著科學技術的發展進步，橋梁建設也逐漸廣泛的應用了先進的技術進行建設，由此進一步提升了橋梁建設的整體質量，也出現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化設計進行分析，結合該橋梁的實際情況，利用已有的拱橋建筑技術及相關經驗，設計出一個合理、安全可靠的設計方案。

關鍵詞：上承式;鋼筋混凝土箱板;拱橋設計;優化分析

0 引言

隨著城市化建設的不斷加快，城市交通網絡也在不斷完善，橋梁建設則是城市交通的重要部分。而拱橋的建設歷史悠久，不僅造型美觀，同時也能充分發揮材料的抗壓性能，由此節省了很大一部分的造橋材料。就目前而言，拱橋的設計仍然十分受用，拱橋內力分配合理，適合于中小型跨徑的橋梁設計，且隨著當前先進科學技術的快速發展，越來越多的先進設備用于橋梁的建設，尤其是起吊設備以及架橋機的發展。很大程度上縮短了拱橋施工的建設工期，因而對于拱橋的設計研究十分有必要。以下便以跨西大溝景觀橋為例進行分析，探討上承式鋼筋混凝土箱板拱橋優化設計的具體方案，以此來幫助更好的進行橋梁設計。

1 工程概況及設計思路簡要分析

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，橋梁全長達到49 m，總長為43 m，橋度10.5 m，全橋一聯。下部結構采用鉆孔灌注樁基礎形式進行建設，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，出于結構需要在拱腳1.00 m范圍內漸變到0.40 m高。主、副拱圈采用C40鋼筋混凝土現澆。拱腹側墻側墻厚0.50 m，采用C30鋼筋混凝土現澆。

2 方案比選簡要介紹分析

一般情況下，上承式鋼筋混凝土箱板拱橋設計過程中，其方案比選的原則基本如下，拱橋設計方案的比較選擇主要依據的是安全、功能、經濟以及美觀等指標，在此過程中，拱橋設計的安全性是首要任務，其功能以及經濟方面也是極為重要的，當前橋梁建設快速發展，橋梁美觀方面的要求也在不斷的提升，尤其本橋位于景區，更加提高了對美觀的要求。矢跨比為拱軸線型的重要參數之一，當跨徑與截面一定時，如果f/l很小，那么拱弧長較短，此時拱橋橋肋的材料用量則比較小，均布載荷所產生的壓力卻有所增大。反之，如果F/l的值很大，此時雖然所產生的壓力比較小，但其拱弧比較長，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。在此過程中，對于拱橋最佳矢跨比的確定首先要建立相應的計算模型，一般的，拱橋構架繁多，矢跨比的變化也會受到相應影響，這就需要對拱橋的模型進行簡化。

拱軸線的形狀直接影響拱圈截面內力大小與分布，因此確定的拱軸線應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，由計算各種幾何量。此外，對于實腹式拱橋的恒載集度是由拱頂到拱腳連續分布逐漸增大的，其恒載壓力線為一條懸鏈線，這種情況下，可以采用五點重合法來選擇懸鏈線拱軸線。但對于空腹式拱橋恒載的變化不是連續函數，要是拱軸線和壓力線完全重合，拱軸線將會非常復雜。此外現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。對于本橋而言，其拱結構取跨度為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構的彎矩如下圖所示，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。

對于拱腳而言，拱橋右拱腳向右水平位移在拱腳截面產生負彎矩，右拱腳向下豎直位移在左拱腳產生負彎矩，這對結構是很不利的，因此拱橋要盡可能的不讓其產生上述所描述的位移，必要時橋臺設置抗滑構造物。對于拱橋拱腳水平反力而言，其與矢跨比的大小成反比，同時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，因此應橋上填料應盡可能采用輕型材料。同時對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計中必須考慮支座位移產生的內力。

3 上承式鋼筋混凝土箱板拱橋結構設計簡要分析

對于上承式鋼筋混凝土箱板結構的設計如下，首先是主拱圈的設計，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制安裝的拱箱組成一個單箱雙室的箱型截面。在此過程中，主拱肋主要采用等截面設計，對于本橋，橋梁跨度不大，設計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。對跨度很大的拱橋，為減輕結構自重，設計截面采用箱型截面，在橫隔板的設計方面，主要是為了增加箱壁的局部穩定性，同時也需要進一步提高箱拱的抗扭剛度，因而需要設計相應的橫隔板，并將橫隔板之間挖空，由此減輕其整體質量，這樣的設計也很大程度上方便了施工的進行。

4 結束語

本文中就上承式鋼筋混凝土拱橋的優化設計進行了深入的分析研究，其中以跨西大溝景觀橋為例，簡要的介紹了不同橋型方案的比較選擇，通過對不同方案拱橋類型的選擇，幫助進一步的推進我國橋梁建設的研究發展。

參考文獻：

[1]羅鴻.鋼筋混凝土箱型拱橋靜動載試驗研究[J].中國設備工程，2020（10）：199-201.

[2]張來強.大跨徑鋼筋混凝土箱型拱橋測試技術研究[J].黑龍江交通科技，2020，43（5）：113-114.

[3]莫昀錦.大跨度鋼筋混凝土箱型拱橋纜索吊裝施工技術[J].智能城市，2020，6（6）：194-195.

[4]彭勇均.上承式鋼筋混凝土箱板拱橋地震反應分析[D].重慶交通大學，2009.