斜靠式梁拱组合体系桥梁设计

斜靠式梁拱组合体系桥梁设计

庞鹏,韩广鹏

重庆市设计院有限公司  重庆市  400015

摘要： 以某桥梁工程为例，围绕斜靠式拱桥展开设计，对拱桥结构的设计方法与结构方案展开探讨与分析。由此得出，斜靠式拱桥本身存在比较优异的空间受力性，应对不对称设计所引起的受力问题进行合理处理，从而使拱桥设计水平获得优化。

关键词：斜靠式拱桥；结构设计；组合设计

斜靠式拱桥的整个结构涵盖竖向的主干拱桥，两边分别使用斜靠式设计方法，一起构建形成具备受力功能的空间结构。竖向的力量荷载依靠主拱、斜靠结构以及竖向梁一起分担，其他力量则依靠二次结构担负。在载荷基本保持不变的条件下，主拱会承担不同车道的行驶荷载，而横向受力则直接传递到竖向梁上，此时会缺少一些外界推力。所以，文章决定围绕斜靠式拱桥的结构设计方法展开简要的探讨与分析，目的在于让其切实承担一定的荷载力量。

一、工程概况

本桥梁工程横跨海滨公园，用来连接公园两边的交通系统。桥梁西南边直接通向绿化休闲场所，为附近民众的室外活动提供交通便利。因为地理环境所带来的空间影响，这个工程项目直接定位成区域范围中的标志性建筑，需要对其景观结构展开合理核计，从而确保与周围环境的融合。在完成桥梁结构方案的对比与选择之后，最后采取的是斜靠式拱桥结构形式，以钢材为建设主材，让桥梁景观设计效果得到提升。主干拱桥与分支拱桥使用的是交叉设计方式，拱桥侧面视角广大。主干拱桥的跨度设计并不大，难以增加桥梁结构高度，对于这一情况，可以适当降低拱桥本身的重量，对构件断面进行严格把控，提升工程结构的轻便性。主干拱桥和分支拱桥的组接部位加设了膜结构横向支承构造，和附近公园等相互融合在一起。

桥梁项目建设区范围中的地表层包括了人工回填土料等。下伏层重点由花岗岩构成。淤泥层的土料厚度大概为十五米，重点是高液限软土。本桥梁工程所处于地方的地质条件并不好，要对桥梁结构进行正确选择与使用，这样才能够使工程质量获得确保。在施工中，道路层级包括：交通主干通行要道，使用双向通行、六大车道的设计方式，通行要道两侧设置人行路、观景区；车辆行驶荷载设定成“城-A级”，桥梁跨度小于二十米的情况下，这个级别的行驶荷载标准是每米22.5kN，道路区域中集中受力荷载值设定成140kN。本桥梁工程所处地方的地震级别具体情况为，基础地震幅度是VII度，地震活动最高值的增速达到了0.15g，地震特点延续时长是0.55秒，抗震防护级别确定成“乙类”。水位控制目标是+3米，内涝水位不得大于+3.8米。通航主要为小型船只，游船高度不得大于4.5米，船只宽度应当处于10米以下。

二、斜靠式梁拱组合体系桥梁设计方法

1. 斜靠式拱桥的空间组成

本桥梁工程使用的是斜靠式拱桥结构形式，在结构设计构成中主要包括两个部分，一部分是系杆拱桥，另一部分是推力拱。桥梁地处冲积平原地带，勘察得出淤泥层深度大概有十五米。若采取“推力拱”这种结构，则需要加设比较牢靠的桩基础，从而抵除拱肋所引起的横向荷载。若采取“系杆拱”结构，依据工程景观设计需要，主干拱桥与分支拱桥两者的跨度具有比较明显的不同，则应当加设复杂结构，以使桥梁受力得到有效分散。若复杂结构设计丧失效用，会导致工程结构错乱，引起桥梁传力不清楚的情况。所以，设计方需要提供详细的论证过程，试着引入新理论、新思想，制定出更简化、受力分布更清楚的桥梁结构设计方案。

2.桥梁组合结构的设计

2.1桥梁组合结构

斜靠式拱桥设计方案里，桥梁长度为112米，桥面宽度处于44米到52米之间。主干拱桥跨度直径达到了78.31米，分支拱桥跨度直径则为121米，吊索横向间距则为5米。上侧主梁体系使用的是梁拱结合形式，总共设置了三跨。一跨与三跨都跨度直径都是14.9米，而二跨则达到了82.2米。梁体高度处于1.61米到1.82米这个范围中，桥台与桥墩的每个部位都加设钢支座。桥梁工程结构下端部位使用实体墩台设计方式，实施灌注桩施工操作，让其基础性能得到一定程度的改良。

2.2拱肋

桥梁水平方向加设了拱肋，数量为4组。其中，主干拱桥添加了2个拱肋，顺着竖直方向展开合理布设，拱肋水平间距控制在26.5米。分支拱桥设置了2个拱肋，角度内旋为21°。主干与分支这些地方添加的拱肋，肋顶水平方向间距都控制在3米。拱脚水平间距则控制在11.5米。并且，都通过箱型水平支护结构形式来完成组接。整个桥梁工程中具有的支护结构数量为七对，而水平拱肋数量则达到了十四根。拱轴曲面顺着竖向进行映射，都通过二次抛物设计这种方法进行具体设计。主拱拱顶和拱底两者间的高度差是十七米，拱肋顶部和拱底之间的高度差、桥梁跨径的比值是1/4.595。拱肋选择的是Q345qC这种型号的钢材。桥梁施工结构要符合多项要求，如高温、高韧性以及用料抗疲劳等。桥梁建造中所采取的钢材要具备焊接性较好、缺口稀少等多项特征。Q345qC型号的钢材，主要依据下列这一标准来进行验收：板材厚度低于五十毫米的情况下，碳当量不大于0.42毫米；板材厚度处于五十到一百毫米之间的情况下，碳当量不超过0.43毫米。碳当量是评估板材性能的重要指标，会直接影响板材的强度等方面。

拱肋施工采用单箱、单室这一设计方式。主干拱桥部位设置的拱肋，其肋宽应控制在1.8米，而高度应当控制在2米。拱肋顺着轴线这一方向加设横隔板，隔板的间距设定在1.7米。分支拱肋宽度与高度都设置在1米，横向设置的隔板间距控制在1.65米。主拱肋与分支拱肋的间隔部位采取五个箱型支护结构，箱体截面的每一个边长都设定为0.7米。主拱肋直接设计于拱底、桥面竖向梁固定部位，而分支拱肋应当和桥面结构相互隔开设计。

2.3系梁

主干拱桥表层结构主要有两种梁型，一种是竖向梁，另一种是水平梁。其中，前者通过焊接方式制作为钢箱截面，和主拱肋相互对称。水平桥面间距设计成26米，竖向梁高度与宽度分别设计成1.6米与1.8米，竖向梁体每间隔2.5米加设一组横梁。 标准类型的水平梁、端面部位设计的水平梁，都选择的是工字型截面这种施工方式，梁高控制在1.6米到1.8米之间，梁顶双向水平坡角控制在百分之二。通过单箱双室截面设计这种方式，让中横梁具备足够刚性，从而维持拱肋水平方向的均衡性与稳定性。竖向梁体结构的外边，在隔板部位设置悬臂托架，臂长控制在10.5米到12.6米之间。

2.4吊索

主拱与分支拱的每个部位都加设单吊索。吊索的制作材料为镀锌钢丝，采用具有比较不错的预应力的钢材，这类材料的抗拉力最高为1770MPa。在承载极限情况下，钢丝的安全等级可以达到2.2以上。主干结构采取的吊索外径为75毫米，吊索上下每个地方都要展开锚固操作，锚固组件可以采取耳板等。成品吊索运用到的锚固接头是通过热铸技术方法制作的。桥面作为张拉操作端口，拱肋作为张拉处理的固定位置。主干吊索两边都留出一定的竖直方向运动空间，从而使桥梁结构竖直方向的移动需要能够得到满足。

分支吊索的产品主要包括两种规格，即一是直径为55毫米，内孔为5毫米；二是直径为37毫米，内孔为5毫米。吊索上侧都要展开锚固处置。锚固做好后，把吊索上侧当做固定点。吊索下侧的锚固处置采用钢锚箱、锚杆完成对应的操作。锚固做好后，把吊索下侧当做张拉点。分支吊索上侧可以展开竖直方向的运动，而其下侧则可以展开多个方向的运动，从而使拱肋不同方向的位移需要能够得到比较好的满足。

2.5基础

桥墩是实体的，采用钢筋制成的。桥墩轴线和横截面两者间的夹角为43.5°。桥墩下端设计承台，其厚度控制在4.5米。各组承台底端需要设计六组基础桩。水平桥面的2组承台间隔部位要加设梁柱，并进行人行道的合理建造。桩基重点采取的是端承桩这种类别，其可以在竖向荷载较强的条件下，让桩顶完全承受荷载。分支拱座则采用的是楔形体，其下端合理设计承台，厚度控制在2.5米，并加设1组灌注桩予以有力的支护。在分支拱桥承台、桥墩的间隔部位合理布设系梁，从而使桩基结构的健全性得到强化，让桩基能够切实分担一部分横向荷载压力。

总之，本桥梁工程选用的是斜靠式拱桥工艺方式，整个桥梁所采用的钢筋材料大概有三千吨。依据项目周围的景观规划需要，主拱和分支拱两者的跨度差比较明显，采取系杆来建造主干拱桥，采取推力拱来建造分支拱桥，从而确保整个桥梁的美感，让其受力得以实现均衡分布。

参考文献：

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