一跨81 m上承式钢筋混凝土拱桥设计

钱 雨

(黑龙江省公路勘察设计院，黑龙江 哈尔滨 150080)

1 工程概况

某高速公路互通连接线需设桥跨越一V形冲沟，桥区地形起伏变化较大，附近最高海拔：1 238.20 m，最低地海拔：1 071.2 m，相对高差：167.0 m。两岸横、纵坡较陡，桥区起点岸覆盖层较厚，终点岸基岩裸露，地表植被较发育，桥区地貌类型属溶蚀型低中山溶蚀沟谷地貌。综合考虑地质、地形条件，认为在该处采用一跨拱桥跨越冲沟较为合理。

该桥拟采用单跨现浇钢筋混凝土悬链线箱型拱，起、终点各设2 m×16m、1 m×16 m预应力混凝土简支空心板。由于桥区覆盖层较厚且两岸卸荷节理发育，考虑到拱座对地基承载力要求较高，终于拱桥跨径选定为81.0 m。拱上行车道采用11 m×8 m钢筋混凝土空心板，排架式立柱。拱桥采用扩大基础，引桥双柱墩采用桩基础，起点岸桥台采用重力式U台配桩基础，终点岸桥台采用重力式U台配扩大基础。桥宽8.0 m，桥梁全长145.0 m。

2 结构设计

2.1 结构尺寸

主桥净跨径81 m，净矢高16.2 m，净矢跨比为1/5。拱圈为悬链线无铰拱，采用“五点重合法”试算出拱轴系数取1.988较为合理。拱圈截面为等截面单箱双室，箱室高1.7 m，宽6.9 m，腹板厚0.25 m，顶底板厚0.25 m。拱上立柱横桥向宽0.7 m，纵桥向宽0.8 m。

2.2 设计参数

本桥位于高速公路连接线上，路线按三级公路设计，但是此处车流量较大，重车较多，故桥梁设计汽车荷载采用公路-Ⅰ级标准进行设计。桥区地震动反应谱特征周期为0.35 s，地震动峰值加速度为0.05 g，桥区地震基本烈度为Ⅵ度，桥梁抗震设防措施等级为7级。设计基准期为100年，环境类别为Ⅰ类。行车道宽度为2 m×3.5 m，两侧各设0.5 m宽防撞墙，无人行道。

拱圈、拱座及桥面空心板采用C40混凝土，其余采用C30混凝土，混凝土重力密度为26 KN/m3。均匀温度作用采用升温20 ℃、降温20 ℃。由于拱圈不直接被太阳照射，故拱圈的非线性温度采用顶板±5 ℃。拱圈纵向稳定性验算时计算长度为0.36La，La为拱轴线长度。

3 结构计算分析

3.1 计算模型

本桥采用桥梁博士3.0软件进行计算。由于拱上为简支体系，不考虑拱上建筑与拱圈的联合作用，从施工过程至使用阶段均由拱圈单独承力，拱上建筑均为荷载。计算模型按文献介绍的图示B建立，即拱上立柱上下端均为铰接。

3.2 计算工况

本桥按设计的施工顺序，考虑了以下5个工况：(1)拱圈采用拱架现浇，拱圈一次成型；(2)施工拱上立柱及盖梁；(3)吊装拱上桥面板；(4)施工桥面铺装、防撞墙等附属设施；(5)考虑收缩徐变3 650 d。

3.3 计算结果分析

(1)承载能力极限状态强度验算

按规范JTG D62-2004中第5.2节和第5.3节的规定，验算结构的承载能力极限状态强度，拱桥受力不利的截面为拱脚、拱顶、l/4或3l/8(l为拱的跨径)。最大压力和弯矩均在拱脚处，拱圈各受力不利截面均满足规范要求。

(2)裂缝验算

根据规范JTG D62-2004中6.4.2可知，钢筋混凝土构件在Ⅰ类和Ⅱ类环境中最大裂缝宽度为0.20 mm。经计算，最大裂缝出现在拱脚处为0.052 2 mm，满足规范要求。

4 施工要点

拱圈采用拱架上分段、分环、对称的方式进行现浇施工，各环混凝土达到设计要求的强度后，必须接着进行下一环混凝土浇筑，不容许出现过长时间的施工停顿。主拱圈混凝土达到设计强度100%后方可脱架浇筑拱上建筑，拱架严格按对称、多次、缓慢的原则卸落。拱上建筑应该严格按照对称的原则进行施工，若变更施工顺序需对拱圈重新进行验算。

5 结 论

目前我国高速公路网正快速向西部山区推进，而拱桥因其跨越能力大、耐久性好、养护维修费用少、外形美观等优点使其在山区桥梁选型中拥有独特的优势，在地形地质条件合适，尤其是跨越沟谷时应尽量采用拱桥结构。