不等跨实腹式五连拱桥设计

2019-08-04王文前

珠江水运 2019年13期

王文前

摘要：步云桥为中新广州知识城的一座景观桥。桥梁采用实腹式五连拱桥，桥宽8m，是知识城中部雨洪蓄调工程的重点景观桥梁和控制性工程。介绍其设计要点，概述了该桥的总体设计情况，包括设计参数、结构处理，并对桥梁结构内力进行了计算，以期为同类桥梁的设计与施工提供参考借鉴。

关键词：景观桥实腹式五连拱桥总体设计

本工程为市级公园项目，建设地点位于广州市东北部萝岗区九龙镇。为方便行人及电瓶车通行的需要，在园区内设置三座景观桥。步云桥为其中一座，该桥采用经典的不等跨五拱桥结构形式，体现传统拱桥婉约美。

1.技术标准

（1）道路等级和设计速度：景区内为城市支路，设计时速20km/ h；步云桥为车行桥，双向两车道（电瓶车）。

（2）荷载标准：汽车荷载采用城-B级，人群荷载采用4.5kPa，并按《城市桥梁设计规范》进行折减。

（3）桥梁纵坡：8%。

（4）抗震标准：抗震设防烈度为7度，地震加速度为0.10g，本场地Ⅱ类场地，反应谱特征周期为0.35s。

（5）桥梁横断面布置：0.5m（防撞栏杆）+7.0m（车行道）+0.5m（防撞栏杆）=8.0m

（6）结构安全等级：桥梁结构安全等级为一级。

（7）环境类别及等级：结构所处环境类别为Ⅱ类。

（8）通航标准：设计洪水频率：按1/100（100年一遇）考虑。

2.结构设计

2.1 总体布置

步云桥位于直线段上，跨径布置为（16+20+24+20+16）m，桥梁总长度为110m，桥宽8.0m。步云桥为上承式实腹式五连拱桥，拱腹填料为泡沫轻质土（见图2）。为了减小拱脚的不平衡水平推力，保证非机动车道推行需要，同时避免机动车挂底，故桥梁最大纵坡取值8%，净矢跨比取值0.41～0.45.桥梁不设横坡。

2.2 上部结构

步云桥上部结构为五孔实腹式板拱，拱轴线为圆曲线。拱圈截面为80cm厚钢筋混凝土实心板，拱上建筑为50cm厚钢筋混凝土悬臂式侧墙。拱腹填料为泡沫轻质土，强度等级为F0.6，密度等级为D600。拱顶填料为透水性好的85cm厚碎石土，拱顶填料以上为15cm厚水泥稳定碎石，其上为桥面铺装层。桥面铺装为8cm厚浅灰荔枝面花岗岩+ 2cm厚M10水泥砂浆。

2.3 下部结构

桥台采用挡土型桥台，承台采用4根直径1.2m钻孔灌注桩，承台平面尺寸6mx4.7m，承台厚1.5m。

3.计算分析

3.1 主要计算参数

计算模型采用桥梁计算有限元软件Midas进行，拱圈采用梁单元模拟。拱上侧墙采用虚拟梁单元模拟，单元抗压刚度取值很大，抗弯刚度取值很小，只传递上部填料的竖向力不分担弯矩。

全桥有限元模型包括梁单元726个，边界条件按以下方式处理：根据实际位置建立桩基模型，土层约束采用土弹簧模拟，土层m=8000 kN/m4。

3.2 主要計算结果

（1）承载能力极限状态验算：拱圈第1孔、第5孔受力最不利，选取第1孔拱脚及跨中量个截面进行抗力验算（见表1）。

由表1可见，拱圈抗力验算满足要求。

（2）正常使用极限状态验算：拱圈拱脚、跨中位置受力最不利，裂缝验算结果见表2 所列。

由表2 可见，拱圈裂缝宽度均小于0.2mm，满足规范要求。

在频遇组合效应下，该结构具有较强的刚度，桩基的水平位移均不大于10 mm，同时相对水平位移均小于6 mm。