拱梁刚构组合体系结构设计

第３６卷，第３期　２　０　１　１年６月　公　路　工　程　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．３６，Ｎｏ．３　Ｊｕｎ．，２　０　１　１　拱梁刚构组合体系结构设计　褚颖，戴小冬，李瑜，刘海波，伍英　（湖南省交通规划勘察设计院，湖南长沙［摘４１０００８）　要】主桥为９０　ｍ＋１５０　ｍ＋９０　ｍ三跨拱梁刚构组合体系，采用预应力砼变截面箱梁、Ｖ撑与钢箱拱组合　结构。介绍了该桥拱梁刚构组合体系的构造设计、关键工序、结构分析等方面的内容。　【关键词】拱梁刚构组合体系；Ｖ撑；钢箱拱　【中图分类号】Ｕ　４４８．２２　［文献标识码】Ｂ　［文章编号】１６７４—０６１０（２０１１）０３一ｏｏ９８—０４　Ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｔｈｅ　Ｂｅａｍ—Ａｒｃｈ——Ｆｒａｍｅ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｂｒｉｄｇｅ　ＣＨＵ　Ｙｉｎｇ，ＤＡＩ　Ｘｉａｏｄｏｎｇ，ＬＩ　Ｙｕ，ＷＵ　Ｙｉｎｇ　（Ｈｕｎａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｅｉａｌ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ　Ｓｕｒｖｅｙ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ　４　１　０００８，Ｃｈｉｎａ）　［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］ｂｅａｍ—ａｒｃｈ—ｆｒａｍｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｂｒｉｄｇｅ；Ｖ—ｌｅｇ；ｓｔｅｅｌ　ｂｏｘ　ａｒｃｈ　１　工程概述　株洲市红港湘江大桥位于白石港人湘江口的湘　江上游，在株洲二水厂上游约１　４００　ｍ处。西起株　①工程等级：城市主干道、特大型城市桥梁；　②设计荷载：城一Ａ级，人群荷载３．５　ｋＮ／ｍ　；　③设计车速：主线４０　ｋｍ／ｈ；辅道３０　ｋｍ／ｈ；匝　道３０　ｋｍ／ｈ；　洲市天元区，接庐山路，跨湘江，东至芦淞区，接红港　路。工程主线桥梁总长１　８２１．６　ｍ，主桥为９０　ｍ＋　１５０　ｍ＋９０　ｍ拱梁刚构组合体系。　１　１　方案设计　④设计洪水频率：３００　ａ一遇，ｓ　姗＝４４．９６　ｍ　（８５黄海高程）；　⑤施工水位：Ｈ＝３２．５０　ｍ；　⑥通航标准：内河三级航道，净宽×净高为　５５　ｍ×１０　ｍ；通航水位Ｈ：４２．１２０　ｍ；　红港湘江大桥作为城市桥对景观要求高，初步　设计对拱梁刚构组合体系、下承式钢管混凝土系杆　拱桥、连续刚构桥３个方案进行了综合比选…。拱　⑦桥面宽度：３３．０　ｍ；　⑧地震动参数：地震动峰值加速度为小于０．０５　ｇ，反应谱特征周期０．３５　ｓ。　１．３拱粱刚构组合体系总体布置　９０　ｍ＋１５０　ｍ＋９０　ｍ三跨拱梁刚构组合体系见　图１，桥长３３０　ｍ，桥宽３３　ｍ。在边跨、中跨均设置　两分离拱肋，拱肋采用内倾３．８１４。的提篮钢箱拱，　梁刚构组合体系方案造型富有创意，Ｖ型的桥墩结　合三个起伏的内倾提篮钢箱拱（见图１），整个造型　呈现一种流动的美感，充分考虑了与周边环境的和　谐统一，发挥其实用功能的同时兼顾到景观塑造。　１．２技术标准　图１圭桥桥型布置图（单位：ｃｍ）　【收稿日期】２０１ｌ—Ｏ４一ｌ０　（作者简介】褚颖（１９７８一），女，河南夏邑人，工程师，主要从事公路桥梁工程设计和研究。　第３期　褚颖，等：拱梁刚构组合体系结构设计　拱轴线均为圆曲线，主拱计算跨径１２０　ｍ，边拱计算　跨径７２　１ＴＩ，矢跨比为Ｉ／４；两主墩均为半径为Ｒ＝　１００　ｍ的曲线Ｖ撑，Ｖ撑双肢下端中心距离为５　ｍ，　Ｖ撑双肢上端中心距离为２３　ｍ。　２　结构设计　２．Ｉ　箱粱　箱梁采用Ｃ５５双箱单室变截面（箱梁顶宽　３３　ｒｎ），见图２。施工时分为两幅独立１４　ｍ宽单箱　单室断面悬浇，两箱梁翼缘之间设５００　ｃｍ湿接缝　（后浇桥面板）和横肋。单箱单室根部梁高为　６２０　ｃｍ，跨中梁高为２８０　ｃｍ，半幅箱梁顶宽１　４００　ｃｍ，　底宽８００　ｃｍ，悬臂长３００　ｃｍ，顶板厚为３０　ｃｍ，底板　厚为３０～７５　ｃｍ，腹板厚为９５、８５、６０　ｃｍ。　箱梁单“Ｔ”共分ｌ５段悬臂浇筑，合龙段长２．０　ｒｆｌ。除０号梁段、边跨现浇段１４　ＩＴＩ采用搭设托架浇　筑完成外，其余梁段采用挂篮悬浇，悬浇最重梁段为　１　２３０　ｋＮ。全桥合龙顺序为：第一跨、第三跨边跨合　龙一第二跨中跨合龙。全桥共三个合龙段。　在吊杆下方箱梁内均设置吊点隔板，吊点隔板　开孑Ｌ为五边形，吊点隔板内设竖向、横向、斜向预应　力精轧螺纹钢筋。　／—桥面板后浇段　—　———一　Ｉ…　３００　后浇媛）　先浇段）ｌ　（１　０　Ｊ　图２刚构横断图（单位：ｃｍ）　２．２　下部Ｖ撑　主墩的曲线Ｖ撑曲线半径Ｒ＝１００　ｍ，Ｖ撑采用　实体截面，撑体厚１６０　ｃｍ，横向宽８００　ｃｍ，撑体底部　６　ｍ长范围厚度由１６０　ｃｍ变为２４０　ｃｍ，撑顶部２　ＩＴＩ　长范围厚度由１６０　ｃｍ变为４００　ｃｍ的加厚过渡，见　图３。曲线Ｖ撑沿曲线设置长束和短束预应力。　Ｖ撑台座长９５０　ｃｍ，高８２．５～２００　ｃｍ；左右两　幅承台采用分离式，每侧承台平面尺寸为１　２９０　ｃｍ　ｘ　１　２９０　ｃｍ，高５００　ｃｍ，承台封底砼厚５０　ｃｍ；桥墩　基础每侧为４Ｄ３５０　ｃｍ嵌岩桩基础。　２．３　钢箱拱　主拱肋计算跨径为１２０　ｍ，矢高为３０　ｍ，拱轴线　为半径为７５　ｍ的圆弧。边拱肋计算跨径为７２　ｍ，　矢高为１　８　ｍ，拱轴线为半径为４５　１１１的圆弧。　拱肋采用高度２　ｍ、宽度１．５　ＩＴＩ的箱型断面，　庐山路　红港路　Ｂ　图３　Ｖ撑立面图（单位：ｃｍ）　顶、底板和腹板均采用２０　ｍｍ厚钢板，拱肋端吊杆　到拱脚部分顶、底板加厚至３０　ｍｍ。顶底板和腹板　上均设有纵向加劲肋，加劲肋均采用厚度为１２　ｍｍ　厚的钢板，高度为１４０　ｍｍ，加劲肋横向间距为５００　ｍｍ，见图４。　图４钢箱拱断面（单位：ｃｍ）　２．４　吊杆　主拱、边拱共设２７排吊杆，其中每个边拱设置　７排，主拱设置ｌ３排。吊杆位于向内倾３．８１４。拱肋　平面内，纵向距离为８　ｒｌｌ，采用７　ｍｍ高强镀锌钢丝　拉索，规格有７３丝、１０９丝、１３９丝三种，外包热挤　ＰＥ护套，上下端锚具均采用冷铸墩头锚具。　３　结构分析　３．１　整体计算（见图５）　采用桥梁博士３．０（新规范版）对主桥进行了施　ｌＯＯ　公路工程　３６卷　斌　ｈ霞　｜　嗍Ｉ：～　阮ｌ｛　甄　１　、　Ｉ搀　　Ｉｊ一ｐ２【　ｌ，Ｉ重囊　“州一Ｉ薹　；ｔ‘　｝＿＼Ｉｔ●ｌ　ｎ　，‘　ｌ：１９　ｌｆ’孙Ｓｎ　，｝　●舞１Ｉ　ｒ－一ｔＩ　●ａ　？｛！ｆ　凇晤　研ｌ＇Ｉ；ｊｆ，ｒ　”＇．　；｝＿　姻　；｜Ｉ　ｆ囊　Ｉ　●＼Ｉｌ　睡　１　，一】Ｉ：１’！｝　硼日　ＨＩ｜　ｊ　，立ｌｊ０　Ｎｌ　Ｉ瑟　扣　｜ｔ　－Ｉ，●　。　耐　Ｈ　，　ｌ●　●　Ｉｌ　霸ｌ　ｓ　（ａ）上部结构正截面抗裂正应力包络图　，１．“　¨】　ｌ’ｌ　１ｊ；　嗍！　Ｉ　　ｎ　Ｒ　｛　《　Ｉ　｝：　●　耥　、　。－　　峥｝哮　ｒ１　Ｊｆ　律　ｌ，Ｉ　ｍ　●－　●　　Ｉ—　《；　ｎ　ｉ’’　’　…　Ｉ‘　王　｛Ｆ　貂一Ｉ　，””　ｌ　Ｉ　ｌ　－，，　＿ｌＪ　ｌ—　，　ｌ　嗍　象　｝：》　ｉ　　＿　●２　ｉ　，　ｌ　Ｉ　１Ｉ　ｌ　Ｉ　１｝＿　ｎ■ｊ　ｑ１．】　，：　ｔ！　ｊ　ｌ　…　『　ｌ　Ｊ一●　Ｉ。●　●Ｊ　ｌ　１　＿＿．　●　１１　ｌ１¨　ｒ’　＿　●　●　…　｝●ｌ’　，　一＼　－『、　一　Ｉ、　唾　１　＇‘　Ｎ　ｎ　ｆ　‘　’ｉ　ｆ　－　¨　一　１　ｉ－　ｉ　一１　ｐ　，．　，　ｉ　ｌ　／一　重ｎ　封　印　’　弧¨　●　Ｉｑ　ｌ奄孤弼　ＩＩ　¨　ｌＩ　前　ｂｊ譬｜　ｌ　睡　　ｌ（ｂ）上部结构持久状况应力包络图　ｆ　ｅ）拱助持久及短暂状况构件应力正应力包络图　圈５上部结构应力（单位：ＭｌＰａ）　工过程、成桥运营结构分析，分析结果如下：　①上部箱梁：正截面均为压应力，斜截面最大　主拉应力１．０　ＭＰａ均小于规范限值０．４　ｆｔｋ；持久状　况构件应力上缘、下缘最大正应力分别为１７．７　ＮＰａ、　ｌ７．３　ＮＰａ小于规范限值０．５　ｆｃｋ；施工期间最大法　向压应力１５．９　ＭＰａ。　②拱肋：边拱肋最大压应力１７５　ＭＰａ出现在　近拱脚无吊索区下缘，边拱肋Ｌ／２压应力在　１２０　ＮＰａ左右；中拱肋最大１９４　ＭＰａ出现在拱脚上　缘（未考虑拱脚混凝土的作用），中拱肋Ｌ／２压应力　在９Ｏ　ＭＰａ左右。　图６有限元模型图　是由于上部０号梁段重力导致的，曲腿其他各部位　均受压。　③吊杆：边拱肋、中拱肋吊杆最大应力分别为　５３０　ＮＰａ、５０９　ＮＰａ，安全系数分别为３．１５、３。２８；边　拱肋、中拱肋最大应力幅分别为１３８　ＭＰａ、１９１　ＭＰａ，　应力幅小于２００　ＭＰａ。　３．２“Ｖ撑三角区”局部分析　②工况二：曲线Ｖ撑结合段０号梁段参与受　力侧曲腿应力分析。　中跨侧曲腿仅在两侧表面很小范围内存在不大　于０．５　ＭＰａ的横桥向拉应力，整个曲腿最大压应力　出现在曲腿与下部台座连接的部位，达到１６　ＭＰａ　由于Ｖ撑三角区施工过程受力复杂　Ｉ１　，用　ＡＮＳＹＳ进行了三角区施工过程模拟，有限元模型见　图６。　（局部应力集中）；边跨侧曲腿内侧靠近下部台座位　置为１３　ＭＰａ压应力，曲腿的其他各部位基本受压。　①工况一：曲线Ｖ撑结合段承受上部０号梁　段湿重时曲腿应力分析。　４　关键工序　①安装曲线Ｖ撑施工支架；　曲腿内侧局部存在０．４　ＭＰａ左右的拉应力，这　第３期　褚颖，等：拱梁刚构组合体系结构设计　ｌＯ１　②安装曲线Ｖ撑劲性骨架、模板以及临时拉　杆，浇筑曲线Ｖ撑；　［参考文献］　［１］金成棘．预应力梁拱组合式桥梁设计研究与实践［Ｍ］．北京：　③安装托架分层浇注０号梁段；　④安装挂篮，悬浇１～１６号梁段；　人民交通出版社，２００１．　［２］　戴小冬，李［３］　吴４７．　瑜，伍英，等．梁拱组合体系Ｖ撑设计［Ｊ］．公路　工程，２００９，３４，（３）：８６—８８，１０１．　⑤施加反顶力合龙中跨；　⑥桥面拼装拱肋，进行拱肋节段吊装、节段焊　接；　炜．广州市黄洲Ｖ撑设计［Ｊ】．科技交流，２００２，（４）：４３—　［４］　王勇飞，孙启函．Ｖ形支撑连续刚构一连续梁组合体系梁桥设　⑦张紧吊杆，拆除拱肋拼装支架，调整吊杆索　力；　计简介［Ｊ］．中南公路工程，２００５，３０，（２）：６３—６５．　［５］　李瑜，戴小冬，伍　英．梁拱组合体系关键部位应力分析　［Ｊ］．中南公路工程，２００７，３２，（１）：６Ｏ一６４、８９．　⑧安装模板，施工桥面后浇段、横肋后浇段。　［６　３　余华，沈艳峰．Ｖ型刚构组合拱桥方案结构设计［Ｊ］．中南公　５　结语　目前拱梁刚构组合体系在国内应用较少，其结　构新颖，轻巧美观，曲线Ｖ撑与拱肋的协调处理，极　具现代感，尤其是在景观效果要求高的市政建设中　具有相当竞争能力，为城市桥梁建设提供了一种可　供比选的桥型方案。通道株洲市红港湘江大桥的设　路工程，２００６，３ｔ，（２）：９ｌ一９３．　［７］刘振标，严爱国，罗世东，等．大跨度连续刚构柔性拱组合桥施　工控制［Ｊ］．桥梁建设，２００９，（６）：６２—６６．　［８］　邹存俊，徐岳。陈万春，等．拱梁组合结构体系桥梁质量检验　评定标准研究［Ｊ］．广西大学学报：自然科学版，２００９，３４，（２）：　１５０—１５３．　］［９］　贾超锋．新华庄特大桥主桥连续梁拱组合结构设计与分析　［Ｊ］．中国铁路，２００９，（７）：３３—３６．　¨　　］　计实践，对该种桥型进行了系统研究，解决了大桥建　设过程中的关键技术难题，为同类桥梁建设提供了　参考。　［１Ｏ］　莫悒．青藏铁路跨拉贡公路连续梁一拱组合结构桥设计　［Ｊ］．铁道工程学报，２００９，（２）：６９—７１。７５．　［１Ｉ］吴巨军，魏淑艳．大跨度连续梁一提篮拱组合体系桥设计　【Ｊ］．世界桥梁，２ｏｏ９，（１）：１６一ｌ８，２２．　（上接第８５页）　②通过对小净距隧道中破裂角与净距之间的　相互影响分析得出影响双洞隧道支护反力的净距范　围为在０．９６Ｄ一２．７３Ｄ之间。　已基本独立形如单洞隧道，其支护反力均可在假设　的破裂面与地表垂直时取到上限解，单洞破坏形式　如图７所示。　［参考文献］　谢骏，刘纯贵，于海勇．双平行圆形隧道稳定的塑性极限分　析上限解［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００６，２５（９）：１８３５一　ｌ８４１．　Ｗｕ　ＢＲ，Ｃｈｉｏｕ　ｓＹ，Ｌｅｅ　ＣＪ．Ｓｏｉｌ　ｍｏｖｅｍｅｎｔ　ａｒｏｕｎｄ　ｐａｒａ１．　１ｅｌ　ｔｕｎｎｅｌｓ　ｉｎ　ｓｏｆｔ　ｇｒｏｕｎｄ［Ａ］．Ｉｎ：Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅ’９８　Ｃｏｎｆｅｒ－　ｅｎｃｅ．Ｔｏｋｙｏ：１９９８，７３９—７４４．　Ｄａｖｉｓ　ＥＨ，Ｇｕｎｎ　ＭＪ，Ｍａｉｒ　ＲＪ．Ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｓｈａｌｌｏｗ　ｔｕｎｎｅｌｓ　ａｎｄ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｏｐｅｎｉｎｇｓ　ｉｎ　ｃｏｈｅｓｉｖｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ　【Ｊ］．Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，１９８０，３０（４）：３９７—４１６．　Ｂｒｏｍｓ　ＢＢ，Ｂｅｎｎｅｒｍａｒｋ　Ｈ．Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｃｌａｙ　ｉｎ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ｏ—　ｐｅｎｉｎｇｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｉｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ．　１９６７，１９３（ＳＭＩ）：７Ｉ一９４．　Ｐｅｃｋ　ＲＢ．Ｄｅｅｐ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ　ｉｎ　ｓｏｆｔ　ｇｒｏｕｎｄ　［Ａ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　７ｔｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　Ｏｉｌ　Ｓｏｉｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｃ］．Ｍｅｘｉｃｏ：　１９６９，２２５—２９０．　Ｓｃｈｏｆｉｅｌｄ　ＡＮ．Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ　ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅ　ｏｐｅｒａ・　ｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｇｅｏｌｅｃｈｎｉｑｕｅ，１９８０，３０（３）：２２７—２６８．