叙永县鸡鸣三省大桥主拱圈设计分析

2021-07-06宋路兵

四川建筑 2021年3期

宋路兵

(四川省公路规划勘察设计研究院有限公司, 四川成都 610000)

1 工程概况

叙永县鸡鸣三省大桥位于川滇交界处，横跨赤水河，是泸州渡改桥工程及精准扶贫的重点项目。桥梁全长286.42 m，桥跨布置为(3×12.56+188.4+3×12.56) m，主桥采用净跨180 m上承式钢筋混凝土箱形拱桥，主桥及两岸引桥的主梁均为12.56 m预应力简支小箱梁，桥面连续，具体布置见图1。该桥设计荷载为公路—Ⅰ级、人群荷载2.5 kN/m2，设计速度40 km/h；桥面宽11.5 m，双向两车道，地震动峰值加速度0.05g。主拱净矢高36 m，净矢跨比1/5，拱轴系数1.988，采用挂篮悬臂浇筑法施工。主拱圈分31个节段，两岸对称布置，1～3号段采用搭架现浇，4～15号段采用挂篮悬臂浇筑，16号段(跨中合龙段)长2 m，采用吊架施工。

图1 叙永县鸡鸣三省大桥桥型布置(单位：cm)

主拱圈为单箱双室截面，箱高3.5 m，箱宽9.6 m，外轮廓尺寸沿拱轴线保持不变。标准截面顶板、腹板和底板厚度均为30 cm，见图2。拱脚段受力较大，其顶、底板厚度由30 cm线性渐变至60 cm，腹板厚度由30 cm线性渐变至50 cm。横隔板厚度视断面的倾斜程度分为60 cm、50 cm和40 cm三种，立柱间横隔板厚25 cm。

图2 拱圈标准横断面(单位：cm)

2 施工阶段受力分析

2.1 施工方案

利用交界墩搭设临时施工塔架，除起步段(1～3号段)采用搭架现浇施工外，其余节段采用挂篮悬臂浇筑法施工，合龙段在劲性骨架安装完成后采用吊架法施工(图3)，扣索分为临时扣索(虚线)和(施工期)永久扣索(实线)，均一次张拉到位。主要施工阶段如表1所示。

图3 扣锚索布置

2.2 受力分析

结合正装和倒拆施工分析，以施工阶段主拱受力和变形限值作为约束条件，对施工过程各扣索张拉力进行优化分析，得到各扣索的张拉索力表。在设计给定的施工方案和张拉索力下，施工阶段拱圈上下缘的压应力均在合理范围内：拱圈上缘最大拉应力出现在拱脚及四分之一拱圈位置，约为1.62 MPa，最大压应力出现在跨中位置，约8.52 MPa；拱圈下缘最大拉应力和最大压应力均出现在拱脚附近，最大拉应力为1.28 MPa，最大压应力为9.96 MPa。由于四分之一拱圈位置施工完成后均处于全截面受压状态，可忽略个别施工阶段的较大应力。拱脚和拱顶的受力与具体施工过程关系较大，故考虑在拱脚和拱顶区段添加聚丙防裂钢筋网，以增加该部位的混凝土抗裂性能。悬臂浇筑阶段拱圈最大竖向变形量为16.9 mm，位于拱顶附近(图4、图5)。

表1 主要施工阶段

图4 拱圈上缘最大拉应力应力分布(单位：MPa)

图5 拱圈下缘最大压应力应力分布(单位：MPa)

成桥阶段拱肋处于全截面受压状态，压应力范围为2.67～9.44 MPa，分布较为均匀。考虑收缩徐变后，恒载作用下拱肋处于全截面受压状态，压应力范围为2.06～9.96 MPa，分布较为均匀，应力大小适中。

主拱圈受力与具体施工过程有关，考虑到现场实施方案，如挂篮自重、扣塔位置和高度等可能与设计存在不一致的情况，设计文件在提供施工方案的同时，对施工期的拱圈受力提出明确要求，指导施工和监控方根据实际实施方案调整扣索索力，确保结构受力安全。

3 使用阶段受力分析

3.1 强度计算

基本组合作用下拱脚局部出现拉应力，最大拉应力2.12 MPa，拱肋其余部位均处于全截面受压状态，最大压应力为16.43 MPa。由于拱圈以偏心受压为主，根据拱圈内力包络图，取四种作用组合分别为：最大负弯矩作用组合、最大正弯矩作用组合、最大轴力组合和最大轴力组合四种作用组合对拱脚、L/4、3L/8和跨中截面进行强度验算，计算长度L0=0.36La=70.35 m，经计算，各控制截面均满足受力要求。

正常使用极限状态下，拱脚出现拉应力，拱肋其余部位均为全截面受压，故需对拱脚进行裂缝宽度验算。为偏于安全地简化计算，不考虑防裂钢筋网对拱脚混凝土抗裂性能的增强作用，同时仅考虑截面最外侧钢筋作为抗拉钢筋参与计算。提取拱脚单元短期效应组合和长期效应组合的内力值，按规范相关条款进行计算，裂缝宽度为0.117 mm，满足规范要求。