四川汉源县龙潭沟1号桥设计与施工

蒋益民

(中铁大桥勘测设计院集团有限公司　武汉　430056)

四川汉源县龙潭沟1号桥设计与施工

蒋益民

(中铁大桥勘测设计院集团有限公司武汉430056)

摘要以四川汉源县龙潭沟1号桥为例，介绍了上承式钢筋混凝土空腹箱型无铰拱桥的受力特点和相关设计参数的选用；采用三维空间程序对该桥进行了计算，验证了该结构的抗震性能和稳定性。提出了用军用梁施工拱肋的施工方案，并进行了详细的计算。该方案通过调节下弦杆长度能较好地拟合拱肋悬链线，并可通过横向增减梁片来适应拱肋宽度和拱架施工期间的内力要求。

关键词拱桥设计与施工军用梁

1工程概况

四川汉源县新县城龙潭沟1号桥为上承式钢筋混凝土空腹箱型无铰拱桥，孔跨布置为20 m+90 m+20 m，桥梁总长141.5 m，见图1。该桥设计荷载标准为公路I级，人群3.0 kN/m2；设计车速50 km/h；桥梁宽度20.0 m；双向4车道；抗震设防烈度按《工程场地地震安全性评价报告》[1]取值；抗震设防类别按《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)取值。

主桥采用上承式钢筋混凝土空腹箱型无铰拱桥，主桥拱肋跨度为84 m，拱肋矢跨比为1/5。拱轴线采用悬链线，拱轴系数m=1.5。

主桥拱上结构跨度布置采用10 m跨度形式，共布置9孔，桥面系由16片预应力混凝土空心板梁组成。桥面系简支空心板梁支撑在拱上立柱的盖梁上。主桥两岸均设2孔20 m预应力空心板与桥台连接。

桥梁全长141.5 m，设置2道伸缩缝，桥面宽20 m，桥面纵坡2.6%，桥面横坡双向2.0%，桥梁部分位于半径500 m圆曲线上。由于桥梁部分位于曲线上，拱肋及拱座基础仍按直线设计，仅拱上1，2号立柱帽梁偏移，以适应曲线变化。

图1桥型布置图(单位：cm)

2主拱肋总体设计

由于桥址处河道宽约150 m，仅有行洪要求、无通航要求。根据两岸接线高程和最高行洪水位及地质条件，本桥采用上承式拱桥能减小跨度和建桥规模，故本桥采用上承式拱，拱肋跨度为84 m。三铰拱和两铰拱结构整体性差、构造复杂、施工困难、不利于抗震，因此本桥采用无铰拱。拱轴线的形状直接影响主拱圈的内力大小和分布，经比较本桥恒载压力线与悬链线较为接近，故本桥采用悬链线拱[2]。

拱肋矢跨比和拱轴系数的大小直接关系到其内力大小和分布，根据规范要求和本桥主拱圈拱脚处负弯矩绝对值大于拱顶处正弯矩的结构特点，采用较大的矢跨比对拱圈受力较为有利，经分析比较本桥拱肋矢跨比取1/5、拱轴系数m取1.5。

3主拱肋及拱上结构设计

主拱肋采用C50混凝土，截面采用宽15.0 m，高1.5 m的单箱4室普通钢筋混凝土箱型断面，顶、底板厚度均为25 cm，腹板厚度均为45 cm。每个拱上立柱所对应的位置均设一80 cm厚的横隔板，拱脚根部段设置2.5 m长的拱托(实体段)，形成过渡段，与拱托相接处拱肋设置1 m实体段，以便合理传递主拱及拱上结构荷载至拱座。

主拱肋通过拱上立柱、盖梁与桥面行车道板连接，拱上立柱共8根，采用3柱式钢筋混凝土框架结构，截面为矩形。其中1，2，7，8号立柱横向尺寸均为1.2 m，顺桥向尺寸为1.0 m，1，8号立柱设置1道横系梁[3]，横系梁尺寸为0.8 m×0.8 m，以增强立柱结构的横向稳定； 3～6号立柱横向尺寸均为1.2 m，顺桥向尺寸为0.8 m。

在立柱底部设立柱基座及横向垫梁，基座最矮侧0.5 m，高侧根据位置不同变化。垫梁与基座同高，与立柱同宽。施工时要求立柱基座、垫梁与相应拱肋一同施工。

桥面系由16片跨径为20.0 m或10.0 m的预应力空心板组成。10 m空心板高55 cm，顶底板厚12 cm，腹板厚23 cm；20 m空心板高90 cm，顶底板厚12 cm，腹板厚23 cm，标准横断面见图2。

图2标准横断面(单位：cm)

简支板梁采用桥面连续体系，以改善桥面行车条件，最大连续长度为130 m。

4结构抗震和静力稳定性计算

由于本桥为“5·12汶川大地震”灾后重建区内的援建工程，故对该桥进行了结构抗震和静力稳定性计算。

(1) 计算图式。本桥成桥状态的动力特性采用MADIS空间分析程序进行计算，桥墩、主梁与拱均采用空间梁单元，拱与立柱之间用刚性弹簧连接，拱与基础交接处采用固结，墩底固结，拱上梁跨为简支梁，立柱上支座采用弹簧单元模拟，其成桥状态计算图式见图3。

图3成桥状态计算图式

(2) 结构的动力特性及地震响应计算。成桥状态结构动力特性见表1。

表1　成桥状态动力特性

经验算，最不利截面墩柱底的地震响应均在设计允许范围内，结构抗震性能分析表明，结构各部位的地震响应均在设计允许范围之内，说明结构具有足够的抗震性能。

(3) 结构静力稳定性分析。本桥对成桥状态和施工裸拱状态的静力稳定性进行了分析，本桥的稳定性计算采用空间有限元法进行，有限单元法采用MADIS空间分析程序进行计算，计算模型同前述的动力特性计算图式，各工况计算结果见表2。

表2　成桥状态和施工裸拱状态的稳定安全系数

由表2可见，该桥无论是成桥状态还是施工裸拱状态，其稳定安全系数均大于4[4]，满足拱桥的稳定安全系数的有关规定。

5拱肋施工及关键技术

本桥采用军用梁作为承力构件施工拱肋，军用梁拱架横向布置15片军用梁，每片间距为1.07 m。拱桥的拱圈为悬链线，实际施工时设置一定的预拱度，悬链线的拟合采用调接下弦杆长度进行，见图4。

图4军用梁拱架计算图式

本桥拱圈施工为对称分段分环施工，拱圈施工始终遵循对称施工的原则，即以拱顶横断面为界南北两岸对称进行施工；拱圈施工横向不分环，一次浇注完成，沿纵向分为7段，竖向分2环进行(拱托及拱脚2.5 m范围内不分环)，拱圈分段处设间隔缝，缝宽1～2 m。

根据拱圈施工时军用梁拱架的实际受力情况对拱架进行了施工期间应力、位移及稳定分析。经计算军用梁拱架最大计算组合应力为157 MPa(见图5)小于200 MPa，满足军用梁强度要求；最大竖向位移为5.4 cm(见图6)小于L/1 000=8.4 cm，满足施工规范要求；整体稳定计算结果第一阶为纵向失稳，稳定系数为10.2(见图7)、第二阶为扭转失稳，稳定系数为12.9(见图8)，稳定安全系数均大于4[5]，满足拱架稳定安全系数的要求。

图5拱架强度计算应力等值线图(单位：MPa)

图6拱架强度计算位移等值线图(单位：mm)

图7拱架第一阶为纵向失稳模态

图8拱架第二阶为扭转失稳模态

6结语

本桥采用上承式拱桥减小了跨度和建桥规

模，采用无铰拱结构整体性好、构造简单、施工方便、有利于抗震。本桥采用悬链线拱、拱肋矢跨比取1/5、拱轴系数m取1.5，使拱肋结构受力较为均匀，满足在各种工况条件下拱肋全截面受压的要求。

本桥采用军用梁作为承力构件施工拱肋，简单方便，整体性好，采用调接下弦杆长度可较好的拟合拱肋悬链线，横向可通过增减拱架梁片来适应拱肋宽度和拱架施工期间的内力以满足施工的要求，可为类似桥梁提供借鉴和参考。

参考文献

[1]武汉地震工程研究院,四川赛思特科技有限公司.汉源县新县城2号主干道龙潭沟1号桥、2号桥工程场地地震安全性评价报告[R].武汉:武汉地震工程研究院、四川赛思特科技有限公司,2006.

[2]顾安邦,范立础.桥梁工程：下册[M].北京:人民交通出版社，2000.

[3]JTG D62-2004 公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范[S].北京:人民交通出版社，2004.

[4]JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范[S].北京；人民交通出版社，2000.

[5]TB 10002.1-2005 铁路桥涵设计基本规范[S].北京；人民铁道出版社，2005.

Design and Construction of Lontangou No.1 Bridge in Hanyuan County，Szechwan

JiangYimin

(China Railway Major Bridge Reconnaissance & Design Group Co., Ltd., Wuhan 430056, China)

Abstract：Based on Longtangou Bridge in Sichuan province, the determination of different mechanical characteristics and design parameters of reinforced concrete deck hollow box hingeless arch bridge were described in this paper. A three dimensional FE program was employed to calculate the stability and seismic performance of this bridge. Military construction method was proposed and the detailed structure characteristics related to this method was carefully studied. There are two outstanding advantages in this method, firstly, through modifying the length of the link chord the rib centenary profile could be better adjusted; secondly, by the measure of adding or reducing the beam panel the different internal force during the whole construction phase can be dealt with.

Key words:arch bridge; design and construction; military beam

收稿日期：2015-02-23

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.03.008