拱组合体系桥梁设计研究 本文关键词：组合，桥梁，体系，研究，设计
拱组合体系桥梁设计研究 本文简介：1工程概况滨水新城大清河大桥是连接开原市滨水新城区与老城区的一条城市主干道跨河桥，大桥全长610m，主桥跨径布置为70m+120m+90m+50m=330m，南侧引桥跨径布置为3×40m=120m，北侧引桥跨径布置为4×40m=160m。主桥采用梁拱组合结构，主梁为70m+120m+90m+50m=
拱组合体系桥梁设计研究 本文内容：
1工程概况
滨水新城大清河大桥是连接开原市滨水新城区与老城区的一条城市主干道跨河桥，大桥全长610m，主桥跨径布置为70m+120m+90m+50m=330m，南侧引桥跨径布置为3×40m=120m，北侧引桥跨径布置为4×40m=160m。主桥采用梁拱组合结构，主梁为70m+120m+90m+50m=330m的预应力混凝土连续梁，主拱在（120+90）m的主跨范围内设置，采用异形钢箱拱，拱肋设于2幅桥外侧，横向外倾35°，呈展翅形，拱与梁之间采用吊带连接，吊带间距3m。
2方案设计
随着我国桥梁建设的蓬勃发展，对桥梁的景观要求越来越高，在安全、适用、耐久和经济前提下，桥梁不仅要具有交通功能，而且要给人以美感，成为城市一道美丽的景观。目前，国内组合结构桥梁所占的比重越来越大，在多年的发展下已取得了大量的实际成果，桥型在满足日常需求的同时还兼具着独特的美感[1]。该方案的设计理念，是要在彰显大桥自身景观效果的同时，将两岸景观有机地运用到桥梁设计中，桥梁方案设计应考虑结合当地文化特点，体现城市风貌和文化内涵，反映当代桥梁水准。本桥的设计理念源于鸟翅，犹如一只大雁刚刚掠出水面，展翅欲飞，同时，融入现代化元素，采用流线桥身，优雅轻盈，韵律美妙，打造精品科技，并极大地融合当地人文景观，与滨水新城景观植物园景观遥相辉映。
3主桥结构设计
3.1拱肋设计
本桥拱肋设置为非对称异型拱肋形式，布置于主梁两侧，横向外倾35°，120m跨大拱面内高度为25.546m，桥面以上垂直高度为15m；90m跨小拱面内高度为15.87m，桥面以上小拱垂直高度为9m。钢箱截面主结构为矩形截面，拱顶外包弧形钢板。截面宽度2.5m不变，截面高度纵向变化6.08～3.24m。钢拱采用Q345E钢材，板厚采用8～50mm。主拱钢箱沿纵桥向约每3～4m设置1道横隔板。拱上设置FRP吊带，吊带伸入拱箱内预留锚箱内螺栓连接。单侧主拱分为32个节段，节段在工厂分段制造，安装时采用先栓后焊的连接方式。拱肋断面及钢混结合段见图1。本桥造型上追求韵律美，拱肋非对称并且线形独特，拱轴线并未采用常规拱桥经常采用的抛物线、圆弧形、悬链线等形式，而是采用样条曲线，保证线条优美，比例协调，突出结构的不对称美。设计中采用加密的多段线对主拱的顶缘线、底缘线以及轴线进行坐标放样，拱肋加工时需根据三维坐标进行构造拟合。主梁中横梁与主拱拱脚的外伸钢结构段相连，连接方式采用钢混结合段的方式。钢混结合段中钢结构与混凝土过渡段长度为0.9m，并设置PBL剪力键，以保证钢结构与混凝土结构连接的可靠性，并对中横梁与钢混结合段设置横向预应力，张拉区及锚固区均设置在主拱钢结构外伸段，以保证钢拱上内力平顺传递到混凝土横梁上。
3.2主梁设计
主桥主梁采用预应力混凝土变截面连续箱梁，支点处梁高分别为3m、6.5m、7.5m、4.5m、2.5m，梁底曲线采用二次抛物线。左右2幅分别采用单箱三室直腹板箱梁，每幅桥宽20m，底板宽14.3m，外侧悬臂宽3.5m，内侧悬臂宽2.2m，顶板为1.5%单向坡，2幅桥的主梁桥面板通过后浇带横向连接成为整体。箱梁顶板厚度为0.25m，腹板厚为0.5～0.9m，底板厚为0.28～1.2m。单幅主梁标准断面图见图2。在进行主箱梁设计时，将其设置为全预应力的形式，由此形成三向预应力体系。做好腹板以及支点横梁处的处理工作，即需要在该区域设置竖向预应力筋，材料以精轧螺纹钢筋为宜，纵向及横向预应力采用高强度低松弛钢绞线。主梁节段纵向分为墩顶零号块，支架分段浇筑渐变段，支架上现浇平直段与合龙段。
3.3吊带设计
吊带分为2部分，上部与主拱连接的为FRP结构，下部与主梁连接的是钢结构。钢吊带在梁底与主梁预留焊接垫板通过矩形钢管焊接连接。FRP吊带上端与钢拱在拱箱内销栓连接，吊带以销栓为转心可沿桥纵向转动；FRP吊带下端与钢吊带承插式粘接连接，二者在连接处密闭防水。FRP吊带上端至拱腹以下1m长度范围箱室内采用聚氨酯硬质泡沫和FRP短纤维胶泥混合填充密实，进行结构局部增强和密闭防水；FRP吊带其余长度范围为空心薄壁结构，以减轻吊带自重和增加吊带的柔性[2]。
4结构分析
4.1整体结构计算
采用计算软件Midascivil（授权版）展开辅助计算，建立模型。模型中，主梁、钢拱、基础等各个部分均采用三维单元模拟的形式，基于弹性、刚性连接的方式模拟出各构件之间的连接情况。借助于节点弹性支撑系数，由此实现桩基础部分的模拟。支座与榫锚采用弹性连接的方式，由此实现对各方向的约束模拟，将钢束布置为空间曲线的形式，同时，控制预应力损失和收缩徐变等。汽车荷载等级：城-A。其他荷载均根据实际情况加载。基本烈度：7度。验算结果，主梁、钢拱、吊带、下部结构各项指标均满足规范要求。
4.2钢混结合段计算
提取总体模型中内力，首先，采用表格形式对截面进行计算，然后，采用Midas进行建模分析。在实际建模分析过程中，横梁采用三维实体单元模拟，对钢结构部分采用板单元进行模拟，预应力采用桁架单元模拟，剪力钢筋采用梁单元模拟。通过EXCEL表格计算，并建立局部分析模型进行验算复核。图3为钢混段钢结构及混凝土部分建模计算结果。从钢结构应力结果来看，最大峰值应力为117MPa，整个结构多数应力均＜100MPa，钢混段钢结构受力良好。从混凝土结构结果来看，最大峰值拉应力为3.67MPa，但是只在很小的区域出现，且扩散较快；最大峰值压应力为23.19MPa，且扩展较快，整个混凝土结构普遍应力为2～20MPa，满足规范要求[3]。需要注意的是，以上所述应力较大区域均是由应力集中现象或者此区域在划分网格时由于尺寸不规则而产生的病态单元，应力在上述区域虽然较大，但是分布范围小且扩散较快，不会对结构产生影响。5结语综上所述，本桥受力复杂，不对称结构、三维空间索面以及包含的钢混结合段极大地加大了设计难度，设计过程中对每一类构件均要进行严格计算。本文以本案例为背景，围绕梁拱组合结构桥展开探讨，介绍了一些设计和结构分析过程，为类似桥梁的设计提供一些参考。
【参考文献】
【1】邹均平.下承式高低拱-梁组合结构桥梁设计及受力性能分析[J].中外公路，2009(5)：127-130.
【2】林柏章.新型梁拱组合体系桥梁造型及结构内力影响研究[J].公路交通科技(应用技术版)，2009(10)：113-115.
【3】李晓琴，李映.两座拱梁组合体系桥梁设计分析及比较[J].结构工程师，2008(6)：19-22.
作者：李春阳 单位：四川西南交大土木工程设计有限公司
拱组合体系桥梁设计研究 来源：网络整理
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