上承式钢筋混凝土箱板拱桥优化设计

韩童

摘 要：在现代化发展不断加快的过程中，我国国民经济飞速发展，人民生活水平显著提高。在这样的背景之下，我国的桥梁建设的发展也是尤为迅速。桥梁建设作为道路路网中的重要组成部分，随着科学技术的发展进步，桥梁建设也逐渐广泛的应用了先进的技术进行建设，由此进一步提升了桥梁建设的整体质量，也出现了不同类型的大跨度桥梁。本文中就跨西大沟景观桥的上承式钢筋混凝土箱板拱桥的优化设计进行分析，结合该桥梁的实际情况，利用已有的拱桥建筑技术及相关经验，设计出一个合理、安全可靠的设计方案。

关键词：上承式;钢筋混凝土箱板;拱桥设计;优化分析

0 引言

随着城市化建设的不断加快，城市交通网络也在不断完善，桥梁建设则是城市交通的重要部分。而拱桥的建设历史悠久，不仅造型美观，同时也能充分发挥材料的抗压性能，由此节省了很大一部分的造桥材料。就目前而言，拱桥的设计仍然十分受用，拱桥内力分配合理，适合于中小型跨径的桥梁设计，且随着当前先进科学技术的快速发展，越来越多的先进设备用于桥梁的建设，尤其是起吊设备以及架桥机的发展。很大程度上缩短了拱桥施工的建设工期，因而对于拱桥的设计研究十分有必要。以下便以跨西大沟景观桥为例进行分析，探讨上承式钢筋混凝土箱板拱桥优化设计的具体方案，以此来帮助更好的进行桥梁设计。

1 工程概况及设计思路简要分析

跨西大沟景观桥桥型为上承式钢筋混凝土拱桥，横向一幅布置，正交布置，桥梁全长达到49 m，总长为43 m，桥度10.5 m，全桥一联。下部结构采用钻孔灌注桩基础形式进行建设，全桥的布置形式如图1，其横断面布置形式为2.00 m（人行道、包括栏杆）+3.25（小客车专用车道）+3.25（小客车专用车道）+2.00（人行道、包括栏杆）。桥梁采用钢筋混凝土拱桥，主拱圈宽10.50 m，高0.60 m，为了便于模板制作和外形美观，主拱圈沿纵向外轮廓尺寸保持不变。副拱圈宽10.50 m，高0.30 m，出于结构需要在拱脚1.00 m范围内渐变到0.40 m高。主、副拱圈采用C40钢筋混凝土现浇。拱腹侧墙侧墙厚0.50 m，采用C30钢筋混凝土现浇。

2 方案比选简要介绍分析

一般情况下，上承式钢筋混凝土箱板拱桥设计过程中，其方案比选的原则基本如下，拱桥设计方案的比较选择主要依据的是安全、功能、经济以及美观等指标，在此过程中，拱桥设计的安全性是首要任务，其功能以及经济方面也是极为重要的，当前桥梁建设快速发展，桥梁美观方面的要求也在不断的提升，尤其本桥位于景区，更加提高了对美观的要求。矢跨比为拱轴线型的重要参数之一，当跨径与截面一定时，如果f/l很小，那么拱弧长较短，此时拱桥桥肋的材料用量则比较小，均布载荷所产生的压力却有所增大。反之，如果F/l的值很大，此时虽然所产生的压力比较小，但其拱弧比较长，因而拱桥桥肋的材料用量也有了极大的增大。因此合理的选择矢跨比对于拱桥的受力及材料用量的减少都有着很大的帮助。在此过程中，对于拱橋最佳矢跨比的确定首先要建立相应的计算模型，一般的，拱桥构架繁多，矢跨比的变化也会受到相应影响，这就需要对拱桥的模型进行简化。

拱轴线的形状直接影响拱圈截面内力大小与分布，因此确定的拱轴线应尽量降低荷载弯矩值，使荷载压力线尽量重合与拱轴线。拱轴线主要有以下几种形式，首先第一种为在均布竖向荷载作用下的合理拱轴，其为抛物线，表达式为y=4fx²/l²，第二种形式则为竖向、水平均匀荷载作用下的合理拱轴线为圆弧，由计算各种几何量。此外，对于实腹式拱桥的恒载集度是由拱顶到拱脚连续分布逐渐增大的，其恒载压力线为一条悬链线，这种情况下，可以采用五点重合法来选择悬链线拱轴线。但对于空腹式拱桥恒载的变化不是连续函数，要是拱轴线和压力线完全重合，拱轴线将会非常复杂。此外现在在一些大跨径拱桥中，也有采用高次抛物线作为拱轴线的，这里就不一一介绍了。对于本桥而言，其拱结构取跨度为32.8 m，矢高为5.0 m。竖向恒载作用下采用抛物线和圆弧作为拱轴线的主拱结构的弯矩如下图所示，由该图的分析可知，竖向恒荷载作用下的抛物线拱受力较优。

对于拱脚而言，拱桥右拱脚向右水平位移在拱脚截面产生负弯矩，右拱脚向下竖直位移在左拱脚产生负弯矩，这对结构是很不利的，因此拱桥要尽可能的不让其产生上述所描述的位移，必要时桥台设置抗滑构造物。对于拱桥拱脚水平反力而言，其与矢跨比的大小成反比，同时与拱上载荷大小成正比，即拱桥越拱，拱脚水平力越小，反之则越大，而拱上载荷越大，其拱水平力也越大，因此应桥上填料应尽可能采用轻型材料。同时对于不同线型的拱轴线而言，其拱轴水平反力也有着很大的差异。特别需要注意的是拱桥设计中必须考虑支座位移产生的内力。

3 上承式钢筋混凝土箱板拱桥结构设计简要分析

对于上承式钢筋混凝土箱板结构的设计如下，首先是主拱圈的设计，一般的，横桥向主拱圈是由两根拱肋所组成的，而每根拱肋又是由两片预制安装的拱箱组成一个单箱双室的箱型截面。在此过程中，主拱肋主要采用等截面设计，对于本桥，桥梁跨度不大，设计采用上承式钢筋混凝土拱桥，其中主拱圈的宽度为10.5 m，高度为0.6 m，且主拱圈沿着纵向外轮廓尺寸是保持不变的，副拱圈宽度也为10.5 m，高度为0.3 m。对跨度很大的拱桥，为减轻结构自重，设计截面采用箱型截面，在横隔板的设计方面，主要是为了增加箱壁的局部稳定性，同时也需要进一步提高箱拱的抗扭刚度，因而需要设计相应的横隔板，并将横隔板之间挖空，由此减轻其整体质量，这样的设计也很大程度上方便了施工的进行。

4 结束语

本文中就上承式钢筋混凝土拱桥的优化设计进行了深入的分析研究，其中以跨西大沟景观桥为例，简要的介绍了不同桥型方案的比较选择，通过对不同方案拱桥类型的选择，帮助进一步的推进我国桥梁建设的研究发展。

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