金鸡达旦河大桥成桥钢箱拱肋内力分析研究

俞平桥，白洪涛，尹开川

（云南省交通规划设计研究院有限公司，云南 昆明 650011）

1 项目概况

金鸡达旦河大桥为跨越鲁地拉水电站库区—金沙江一级支流—达旦河而设，主桥采用下承式钢箱拱肋系杆拱，拱肋理论计算跨径265 m，拱轴线为悬链线，矢高53 m，矢跨比1/5，拱轴系数m=1.3。

悬链线公式：

式中坐标原点为拱顶，水平向为x轴，竖直向下为y轴。

图1 桥型总体布置图（单位：cm）

2 总体结构设计

拱肋采用钢箱型截面，宽度2.8 m，高度为变截面，拱顶高3.5 m，拱脚高4.5 m；主梁采用钢混组合格构梁体系，其中主纵梁为箱型截面（2.8 m×3.2 m），次纵梁与横梁为工字型截面（横梁梁高2.2 m，次纵梁梁高0.8 m），混凝土桥面板厚度25 cm；吊杆采用7-139平行钢丝成品束，永久系杆采用15-55钢绞线成品束。

该桥计算过程详细考虑了施工阶段到成桥，施工过程中只考虑恒载作用。最后一批系杆张拉为全桥计算的最后一个施工阶段，拱轴系数和矢高的对比分析均是详细考虑施工阶段成桥后，恒载作用下钢箱拱肋内力的分析。

图2 全桥有限元模型

3 研究内容

3.1 系杆[3]张拉顺序对结构受力[4]的影响

图3 系杆锚固端布置图（单位：cm）

表1 系杆锚固端张拉顺序

3.1.1 系杆张拉第二步时钢箱拱肋应力[5]

从图4～图7中分析可知，4种工况，整体均满足结构受力的要求，从拱脚和跨中受力综合分析，工况1拱桥和跨中应力差别最小，总体受力最好。

图4 系杆第二步张拉不同工况下钢箱拱肋应力图

3.1.2 系杆张拉第三步时钢箱拱肋应力

图5 系杆第三步张拉不同工况下钢箱拱肋应力图

3.1.3 系杆张拉第四步时钢箱拱肋应力

图6 系杆第四步张拉不同工况下钢箱拱肋应力图

3.1.4系杆张拉第五步时钢箱拱肋应力

图7 系杆第五步张拉不同工况下钢箱拱肋应力图

3.2 拱轴系数对成桥钢箱拱肋内力的影响

该桥拱轴系数的研究共进行4个工况，在跨径和矢高不变的情况下，研究拱轴系数对成桥钢箱拱肋内力的影响。

表2 拱轴系数对应工况

从图8分析可知，15号单元、125号单元和跨中70号单元，随着拱轴系数的增大，应力逐渐增大。综合分析工况2拱脚和跨中应力差别最小，工况2更合理。

图8 不同拱轴系数成桥钢箱拱肋应力图

3.3 矢高对成桥钢箱拱肋内力的影响

该桥矢高的研究共进行4个工况，在跨径和拱轴系数不变的情况下，研究矢高对成桥钢箱拱肋内力的影响。

从图9分析可知，成桥状态钢箱拱肋应力基本是随着矢高的增大，应力逐渐减小。从受力角度考虑，在15号单元、跨中和125号单元应力基本相等，再从美观角度综合考虑，该桥矢高选择工况3。

表3 不同矢高工况

图9 不同矢高成桥钢箱拱肋应力图

4 结语

下承式拱桥总体设计中，拱轴系数和矢跨比在相关规范及教材中有一定的取值范围。在可取值范围内，拱轴系数和矢高的取值对钢箱拱肋受力影响较大，会影响到下承式拱桥的美观及经济性。本文从系杆不同张拉顺序可以看出在成桥阶段，钢箱拱肋应力差别较大，工况1受力更合理，多处最大应力基本相等。拱轴系数直接影响钢箱拱肋内力，工况2和工况3受力更合理。下承式拱桥在跨径一定的情况下，矢高的不同，直接影响桥梁结构的受力和美观，该桥工况3和工况4的矢高对于受力和美观更为合理。本文中通过对主跨265 m下承式钢箱系杆拱桥总体分析，希望对以后类似桥梁的设计有一定的借鉴作用。