上承式连续梁拱组合体系桥梁设计实例探究

摘 要：本文介绍了一座上承式连续梁混凝土桁架拱桥的工程案例，以该桥为例介绍工程概况和结构设计 ，并总结了上承式连续梁拱组合体系桥梁设计特点和相关情况 ，可为类似桥梁的设计提供参考。

关键词：上承式；连续梁；组合；设计

1 前言

目前，国内城市桥梁当中，出现的组合结构体系的桥梁越来越多，组合体系桥梁的发展已经形成一个趋势，其中连续梁拱组合体系桥梁是目前发展较快的一种桥型，这种桥型既有拱桥的曲线柔美，又能体现连续梁桥的简洁平顺，是一种经济、实用、美观的桥型。连续梁拱组合体系桥梁一般分为三种形式：上承式、中承式和下承式，本文结合某路桥工程的设计情况简要分析了上承式连续梁拱组合体系桥梁的设计要点，为类似工程的设计提供经验。

2 工程概述及设计标准

该桥梁全长 80m，为一座三跨连续上承式混凝土桁架拱桥。目前已竣工通车。工程设计主要技术标准：道路等级：城市主干路；道路设计车速： 60km/h；道路设计车道：双向六车道；桥梁设计荷载：城-A级汽车荷载；地震基本烈度：7度。

3 桥梁总体及结构设计

桥梁跨径布置为21.5+37+21.5=80m，桥梁总宽为 29.5m，两侧各 3.5m宽人行道；全桥横向分左、右两幅等宽桥，单幅桥宽

14.74m，两幅桥间设2cm宽沉降缝。桥梁上部结构外观为三跨连续上承式混凝土桁架拱桥，实则桥梁两桥墩顶均设置断缝，两边跨为一端固结于桥墩，一端简支于桥台的桁式梁结构，而中跨为两端固结于桥墩的桁式拱结构，边跨与中跨由桥墩连系。边跨与中跨桥梁上部结构均由下弦拱圈、上弦板（梁）以及立柱、斜杆组成。

斜杆采用预应力混凝土结构，下弦拱圈、拱上立柱及上弦板（梁）采用普通钢筋混凝土结构。拱圈采用实心矩形截面，上弦板（梁）采用箱形截面，拱圈在拱脚处与桥墩固结，在拱顶处与上弦梁合并。立柱、斜杆采用实心矩形截面，端部分别与上弦板和拱圈固结。桥墩、桥台为普通钢筋混凝土结构，基础采用钢筋混凝土钻孔灌注桩，如下图所示。

3.1 拱圈

轴线立面线形采用二次抛物线，中跨曲线方程：y=-0.01753x2+0.64865x（ 0≤x≤37m），坐标原点取为拱轴线与 1#桥墩轴线交点。边跨曲线方程：y=-

桥梁立面图（长度单位：m）

3.3 拱上立柱和斜杆

拱上立柱采用现浇C50普通钢筋混凝土结构，设计断面为矩形实心截面，全桥横桥向共2列，厚度分0.3m和0.25m两种；拱上斜杆采用现浇C50预应力混凝土结构，设计断面为矩形实心截面，全桥横桥向共2列，厚度为

0.3m。

3.4 基础及下部结构

（1）桥墩：采用现浇 C30普通钢筋混凝土实体墩墙，墩身宽度为12.75m，厚度为

1.6m，横桥向分为两座。

（2）桥台：采用重力式桥台，C30普通钢筋混凝土，横桥向分为两座，中间设隔断缝，台身为一字型钢筋混凝土直立墙，墙身厚度1.65m。

（3）承台：现浇C25普通钢筋混凝土，横桥向分为两座。

（4）桩基：采用C25普通钢筋混凝土钻孔灌注桩，桥台桩桩径为1.2m，桥墩桩桩径为1.5m。

4 施工流程

结合北方河流的季节性水文特点，主桥施工建议采用临时墩-梁组合式支架架设法。施工流程主要包含六个施工阶段：第一阶段：河道内修筑导流围堰，架设临时便桥，根据拱圈临时支架位置布置便桥桥墩，墩、台基础以及墩、台身混凝土施工；第二阶段：拱圈支架设立；第三阶段：拱圈、上弦梁施工，拱上立柱、斜杆施工；第四阶段：上弦板施工；第五阶段：张拉拱上斜杆预应力钢束，拱圈支架拆除；第六阶段：人行道栏杆制作安装，桥面系施工。

5 总体计算分析

5.1 计算方法及主要参数选取

由于桥梁横桥向分为两幅桥，两幅桥间设置纵缝，且两幅桥关于桥中线完全对称，故计算中按单幅桥进行设计计算，计算方法及参数选取如下：

（1）使用《桥梁博士3.1.0》软件，按平面杆件进行受力计算与分析。

（2）计算中考虑桥梁纵坡影响，忽略横坡影响，但桥面单元高度取截面平均高度。

（3）施工流程①满堂支架浇注桥墩、拱圈及上弦梁单元混凝土；②浇注竖杆及斜杆单元混凝土；③浇注上弦板单元混凝土；④张拉斜杆内预应力钢束；⑤拆支架；⑥上二期恒载；⑦使用阶段。

（4）计算时按3车道加载。

（5）相对湿度取 0.8，结构重要性系数

1.0。

（6）桥面横向分布调整系数2.691；冲击系数0.417。

5.2

设计荷载

5.2.1

恒载

（1）混凝土容重按25kN/m3计。

（2）桥面铺装沥青混凝土厚度7cm，容重按23kN/m3计。

（3）桥面铺装混凝土（内设钢筋网）厚度8cm，容重按25kN/m3计。

（4）人行道铺装轻质混凝土、方砖及边石，容重按23kN/m3计。

（5）人行道栏杆及其底座，按 4.5kN/m计。

5.2.2 活载

（1）汽车荷载：城-A级汽车荷载；

（2）人群荷载：3.7kPa。

5.2.3 其他荷载

（1）整體升温：+21.3℃；（2）整体降温：-30.3℃；（3）桥面板升温：桥面板顶缘8.5℃（除去铺装），距顶板2cm处6.22℃，距顶板 32cm处0℃；（ 4）桥面板降温：桥面板顶缘-4.25℃（除去铺装），距顶板2cm处-3.11℃，距顶板 32cm处0℃；（ 5）基础按弹性地基进行模拟。

5.3 主要构件钢束及普通钢筋布置情况

（1）0#～1#边跨斜杆1、2中预应力束均为15-5钢绞线22束，间距@50cm；2#～3#边跨斜杆 1、2中预应力束均为 15-5钢绞线 21束，间距@50cm。1#～2#中跨靠近1号墩侧斜杆3、4中预应力束均为 15-5钢绞线 21束，间距@50cm；靠近2号墩侧斜杆3、4中预应力束均为15-5钢绞线22束，间距@50cm。斜杆钢束均为上端张拉，下端锚固。

（2）边跨拱圈除跨中下缘局部配置双层 Φ32@10cm钢筋外，其余位置上、下缘均配置单层Φ32@10cm钢筋；中跨拱圈上、下缘均配置单层Φ32@10cm钢筋。

（3）所有拱上立柱上、下缘配筋均为 Φ16@10cm。

（ 4）上弦板上、下缘配筋均为 Φ20@10cm。

（5）普通钢筋均为HRB335钢筋。

5.4 总体计算分析结果

（1）斜杆应力结果

①最不利位置发生在斜杆与拱圈相交处；②正常使用极限状态下短期效应组合截面最小主应力为-0.034MPa；③正常使用极限状态下长期效应组合截面最小正应力为

1.19MPa；④正常使用极限状态下标准效应组合截面最大主应力为 5.3MPa。根据上述结果，斜杆满足A类构件的要求。

（2）普通钢筋混凝土构件裂缝结果正常使用极限状态下最大裂缝为

0.167mm，位置位于中跨跨中下缘，满足裂缝宽度小于0.2mm的要求。

（3）上部结构刚度验算结果

边跨由汽车荷载（不计冲击力）产生的最大挠度值为：1.9mm

6 结语

本文中所介绍的工程案例，已经正常运行多年，期间未出现异常情况，较好地满足了设计的要求。以上所述为作者在本桥设计过程中对工程实例的简要总结，希望本文能为今后的钢筋混凝土桁架拱桥的设计提供并积累经验。

参考文献：

[1]施威，孙大斌 .长昆客运专线铁路中承式异型拱桥设计研究 [J].铁道标准设计，2015（3）：78 79.

[2]陈万龙 .广州新光大桥主拱钢 -混凝土纵梁设计研究 [J].铁道标准设计，2009（5）： 68 69.

[3]曾勇霖 .連续梁拱组合桥梁上部结构施工关键技术研究 [J].科技创新导报， 2013（34）.