上承式空腹板拱桥实例分析

张德宣

（苏州同尚工程设计咨询有限公司，江苏 苏州 215021）

上承式空腹板拱桥实例分析

张德宣

（苏州同尚工程设计咨询有限公司，江苏 苏州 215021）

通过具体的工程实例，详细介绍了上承式空腹板拱桥的设计原理、构造分析，相比常见的实腹板拱桥大大降低了桥梁结构自重。该桥型结构轻盈、美观大方、受力合理，结合该桥型的受力特点对结构进行建模计算分析，提出合理的处理措施。

拱桥；结构分析；裂缝；强度

0　引　言

拱桥是一种常见的桥梁形式。由于拱是主要承受压力的结构，因而，可以充分利用抗拉性能较好的圬工材料（石料、混凝土、砖等）来建造拱桥[1]。

上承式拱桥是指桥面系位于整个桥跨结构上的拱式桥梁。我国早在几千年前就开始修建石拱桥了，比较耳熟能详的赵州桥就是上承式空腹板拱桥，采用石材作为桥梁的主体承重结构。

随着国民经济的发展，钢筋混凝土上承式空腹板拱桥开始在我国大规模建造，其结构轻巧，造型独特，古朴大气，受到桥梁建设者的青睐。

1　工程概况

卡伦湖环湖滨河湿地项目工程位于长春九台卡伦镇，该桥桥梁结构均采用3孔10m+14m+ 10m上承式空腹板景观拱桥。

（1）上部结构

桥梁上部结构采用3孔10m+14m+10m上承式空腹板拱桥，拱圈为无铰圆弧拱，拱轴线为圆弧线，主拱圈采用板厚0.45m的钢筋混凝土矩形截面，副拱圈均采用板厚0.35m的钢筋混凝土矩形截面，拱圈上设置立墙、现浇板。

（2）下部结构

桥梁下部结构桥台、桥墩均采用承台桩基础。桩基础均采用直径100cm的钻孔灌注桩，钻孔灌注桩采用水下C30混凝土。

2　技术标准

车辆荷载等级：城-B级（小型车专用道路）；

人群荷载：按《城市桥梁设计规范》（CJJ11—2011）第10.0.5条说明计算，取值4.5kPa；

设计基准期：100a；

设计使用年限：50a；

结构安全等级：一级；

环境类别与作用等级：Ⅱ类；

设计水位：控制常水位203.85m，高于1%洪水位203.46m；

坐标系统：长春城市坐标系；

抗震设防烈度：7度。

桥面宽度：0.50m（栏杆）+5.0m（机非混行车道）+0.50m（栏杆），总宽6.0m。

3　结构受力分析

采用桥梁博士计算软件对拱桥整体结构进行建模计算，模型如图1所示。

图1　结构模型

3.1强度计算

3.1.1结构抗弯承载力计算

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）的第5.2.2条规定，对主拱圈结构进行正截面抗弯承载力计算。拱圈结构的抗力及抗力对应内力如图2、图3所示。

图2　最大抗力及对应弯矩图（单位:kN·m）

图3　最小抗力及对应弯矩图（单位:kN·m）

由图2、图3可见，拱圈结构部分的抗力均大于内力，结构抗弯承载力计算满足规范要求。

3.1.2结构抗剪承载力计算

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）的第5.2.6-5.2.12条规定，对主拱圈结构进行斜截面抗剪承载力计算。计算结果如图4、图5所示。

图4　最大抗力及对应剪力图（单位:kN）

图5　最小抗力及对应剪力图（单位:kN）

由图4、图5可见，结构各截面的斜截面抗力均大于内力，斜截面抗剪承载力能够满足规范要求。

3.2裂缝计算

该桥梁为钢筋混凝土结构，通过结构验算，拱圈结构裂缝宽度如图6所示。

图6　裂缝宽度图（单位:mm）

由图6可见，拱圈结构部分上下缘裂缝最大值为0.16mm，不超过规范要求（Ⅱ类环境钢筋混凝土构件限值：0.2mm），故裂缝宽度验算满足规范要求。

4　设计关键点分析

（1）拱桥采用净跨径14m、10m的陡拱，矢跨比分别为1:4.341、1:3.776，存在一定的对桥台的水平推力，因此设置了双排桩径1m的钻孔桩来抵消水平推力。同时，计算时考虑台后的主动土压力、桥台自重等各项荷载综合作用下，桩基的位移不超过6mm。

（2）由裂缝宽度图可以看出，拱圈结构负弯矩区裂缝宽度较大，故应加强拱圈结构上缘的钢筋配置。本次设计上缘采用了直径25mm的钢筋，间距15cm设置，并在负弯矩区2m范围内加密箍筋，进而增强结构的整体强度。

（3）考虑减轻自重及桥梁美观，拱圈上部设置竖直横墙，上部再浇筑钢筋混凝土桥面板，形成通透美观、造型独特的空腹板拱桥结构。

（4）台后填土能抵消部分水平推力，对拱桥的稳定非常重要，因此台后填土应保持稳定，严格控制桥台台后回填土的施工质量。要求台后采用6%灰土回填，分层夯密实，要求密实度同道路。分层厚度不宜大于20cm，严禁松土回填或突击回填，严禁用淤泥质土回填。

（5）本次设计拱桥拱脚处与承台采用固接的形式，如果考虑采用铰接的连接方式，应在承台与拱圈之间加设拱座，应特别加强拱脚处的钢筋配置，并在拱槽内设置橡胶垫或者刷热沥青。

5　结　语

拱桥设计时应保证结构线形优美的同时尽量避免较大的水平推力，可以通过适当增大矢跨比、增加桩基数量及间距、加设台后止推板等有效措施来减小墩台水平位移，提高结构的整体安全可靠性。

[1]范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]JTGD62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

U448.22

B

1009-7716（2016）11-0058-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.11.016

2016-07-25

张德宣（1983-），男，江苏盐城人，工程师，从事桥梁设计工作。