桥城—都匀小围寨异型拱桥设计

张阳宇

(贵州省交通科学研究院有限责任公司)

1 总体设计

小围寨桥位于都匀市外环东路上，桥梁连接剑化厂和火车站，是城市道路的重要组成部分。

小围寨桥全长96.0m，为2×42.0m异型钢筋混凝土系杆拱，该桥采用独特的异型拱设计，成为“贵州异型拱桥第一桥”。优美的桥型与剑江河水景相互辉映。形成一幅美丽的画卷，为桥城-都匀增加一道亮丽风景。

2 桥梁结构设计

2.1 跨径布置

桥梁上部结构为异型钢筋混凝土拱，孔跨为42 m+42 m，桥梁全长96 m。桥梁纵坡为0，横坡为双向人字坡2.0%。桥面全宽22 m，其组成为人行道(3.0 m)+车行道(15.5 m)+人行道(3.0 m)。异型拱采用单片拱肋，工字型截面，拱肋高度为1.2 m，宽度为1.0 m。斜拉吊杆按4 m等距、1∶0.4的斜率斜向布置，吊索采用定制高强钢丝束，系梁为预应力混凝土结构，系梁宽度为1.5 m，高度为1.7 m。两端为重力式U型桥台;桥墩为双肢凯旋门墩身;基础采用桩基础。

2.2 主拱

主拱构造及主要尺寸:主拱为工字型截面，肋高120 cm，肋宽100 m，拱轴线计算跨径L=40.6 m，计算矢高10.15 m，矢跨比1/4。

拱轴线呈非常态曲线，拱轴线方程为:

两片拱肋之间于拱顶处设置直径为600 mm，壁厚为12 mm的钢管做为横撑。横撑采用现场加工并吊装拼接的施工方法。

2.3 纵梁

纵梁承担拱圈推力。纵梁采用预应力混凝土空心与实心断面交错，纵梁宽度150 m，高度170 cm，空心断面腹板厚25 cm，顶板及底板厚均为30 cm。纵梁预应力钢束采用单端张拉施工方式，按照A类构件控制。

2.4 吊杆

吊杆采用预应力高强钢丝拉索结构，钢丝直径7毫米镀锌高强钢丝束。每个吊杆内设61根钢丝。钢丝标准强度fpk=1 670MPa。顺桥方向吊杆按4 m间距布置，每跨均布9对吊杆。吊杆的锚具为冷铸镦头锚。设于拱肋上部和纵梁下部。张拉端设置在拱肋处吊点位置，固定端设于纵梁下部。

2.5 横梁

横梁采用实心截面。中横梁宽度80 cm，端横梁宽度100 cm。由于桥面横坡由横梁调整，故中横梁高度由115 cm变化至130 cm;端横梁高度由140 cm变化至155 cm。横梁与纵梁一起现浇施工。

2.6 挑梁

挑梁采用实心截面。中挑梁宽度80 cm，端挑梁宽度100 cm。挑梁顶水平布置，中挑梁高度由45 cm变化至75 cm;端挑梁高度由45 cm变化至75 cm。挑梁与纵梁一起现浇施工。

2.7 预应力设计

(1)纵梁纵向预应力束

纵梁上缘4根钢束采用6φ15.20钢绞线组成的钢束。纵梁下缘及腹板钢束采用7φ15.20钢绞线组成的钢束。

(2)横梁横向预应力筋

横梁内布置横向预应力筋，采用4φ15.20 mm有粘结预应力钢绞线，每根横梁布置4束。直线布置，一端张拉，一端固定，张拉端与固定端沿纵向交替布置。

2.8 普通钢筋

除按桥规要求设置普通钢筋外，对下述几个重点区域进行了加强。

(1)拱肋所配钢筋伸到纵梁底部并折弯与纵梁的主筋进行焊接。

(2)在纵梁和拱肋交接处增加了抗剪钢筋，并设置了圆弧筋，这样钢筋互相交叉，增加了拱肋与纵梁的嵌固程度。

(3)纵梁及横梁钢束锚固端部的槽口下，增设加强钢筋网数层，并增设防崩的箍筋。

(4)纵向钢束曲线段沿纵向布置加密钢筋，并延伸至直线段一定长度。

(5)纵向预应力波纹管，采用10定位钢筋网片，直线段每隔80 cm设置一道，曲线段每隔50 cm设置一道;曲线与直线交界位置必须设置一道。

3 结构计算分析

(1)主拱肋

主拱肋持久状况承载能力最不利结果为:R(kN)=18 700，Nj(kN)=11 800，M j(kN·m)=-1 170，截面强度系数ξ=1.59。主拱肋持久状况正常使用极限状态裂缝宽度最大为0.133 mm。

(2)纵梁

纵梁正截面持久状况承载能力最不利结果为R(kN)=-3 740，Nj(kN)=-3 560，Mj(kN·m)=-2 730，截面强度系数ξ=1.05。纵梁斜截面抗剪最不利结果为:Vcs=3 626.8，γ0Vd=1 434.7，(Vcs+Vpb)/γ0Vd=2.848。纵梁正截面持久状况正常使用极限抗裂验算中，短期效应上缘最小为0.407 MPa，下缘最小为 4.94 MPa。长期效应上缘最小为3.69 MPa，下缘最小为6.74 MPa。纵梁斜截面持久状况正常使用极限抗裂验算中，短期效应主拉应力-0.459 MPa。纵梁消除结构自重产生的长期挠度后，最大挠度为10.1 mm。纵梁正截面混凝土法向压应力验算中，上缘最大为15.9MPa，下缘最大为10.7 MPa。纵梁斜截面最大主压应力为7.82 MPa。纵梁预应力钢筋应力验算中，拉应力最大为1 098 MPa。

(3)吊杆

吊杆索力及应力变化幅度验算中，其最不利吊杆最大索力=1 600 kN，最小索力=1 000 kN，公称破断力=3 920 kN，安全系数为2.5。

［1］ 李生智 王玮瑶 邬妙年.异型拱桥［M］.北京:人民交通出版社，1995.

［2］李乔，李丽.异型拱桥内力分析［J］.公路交通科技，2001，(1).

［3］王玮瑶，李生智.异型系杆拱桥［J］.中国公路学报，1996，9(1).

［4］范立础.桥梁工程［M］.北京:人民交通出版社，2006.

［5］贵州桥梁设计院.都匀市外环东路庆丰至小围寨转盘小围寨桥施工图设计.2009.