大跨度中承式钢管混凝土提篮拱桥设计
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摘要：本文结合工程实例，对大跨度中承式钢管混凝土提篮拱桥设计谈一些体会。
关键词：大跨度中承式钢管混凝土拱桥设计
中图分类号： S611 文献标识码： A 文章编号：
钢管混凝土拱桥具有材料强度高、施工方便、造型美观等优点，近年来在我国发展迅速，数量越来越多，跨径与规模也不断增大。本文结合工程实例，对大跨度中承式钢管混凝土提篮拱桥设计谈一些体会。
一、工程简介
某高速公路大桥位于风景区内，建设单位对该桥的景观要求极高，同时要求尽量降低造价，减少维修养护费用。该设计以美观、靓丽、新颖、独特为出发点，同时兼顾到实用经济、安全合理。该桥的自然条件如下。
1、水文
该桥位区位于一个人工湖湖汊，两岸均为山丘，右侧为太平湖上游来水口，左侧为湖区，湖面开阔。桥位处湖床较低，水深较大，约25～30m，流速较小。
2、气象
该桥位区属北亚热带季风过渡区，四季分明，全年气候温和湿润，雨量适中，湿度较大，日照充沛，无霜期长，季风气候显著。年季多年平均温度16.1℃。
年气温1月份最低，平均3.3℃，7月份最高，平均28.6℃。多年平均降水量为1384.7mm。
3、地质
该桥位区两岸山峦起伏，植被较密，铜陵岸水位线以下受湖水侵蚀，基岩，局部剥落。场地自上而下分别为淤泥、松散至中密砾砂、圆砾、松散含碎石亚粘土、强风化粉砂岩、弱风化粉砂岩、微风化粉砂岩。区域地层稳定性良好，附近无活动断裂通过，桥址区工程地质条件简单，场地和地基稳定，适宜本工程的建设。
综合考虑地质条件和周围景观环境，经多方案比较，最终选定主拱为336m跨的中承式钢管混凝土提篮拱桥。如下图所示：
该桥正立面图
该桥侧立面图
该桥俯视图
二、总体设计
1、主要设计技术标准
双向四车道高速公路；设计行车速度80km／h；设计荷载汽车-超20级，挂车-120；桥面宽度为3.15m+0.5m(护栏)+11.0m(行车道)+1.50m(护栏)+11.0m(行车道)+0.5m(护栏)+3.15m，全宽30.8m；与拱肋相交处桥面变宽纛33.6m，设计控制水位为300年一遇，水位122.90m；地震基本烈度为6度，按7度设防。
2、主拱肋
主拱肋采用空间变截面桁架式钢管混凝土组合体系，主拱轴线采用悬链线线形，两拱肋在竖直面内向桥轴线侧倾斜10°00′28.73″，形成提篮式。在竖直面内，主桥两拱脚中心跨度为336m，矢高68m，矢跨比为1/4.94，拱轴系数为1.55。拱肋为等宽变高度矩形截面的钢管混凝土桁架结构，拱肋截面宽3.0m，拱顶截面高度为7.28m，拱脚截面高度为11.28m。单根拱肋采用4根￠1280mm钢管组成上、下弦管，钢管壁厚由拱顶至拱脚分别为δ=20、22和24mm，弦管内灌注50号微膨胀混凝土。弦管之间采用竖腹管、斜腹管、横缀管联结，竖腹管和斜腹管采用￠610×12mm和￠508×12mm钢管，在分段接头处采用双腹管，横向缀管采用￠813×18mm，吊杆处缀管内灌注100号钢砂混凝土。腹管之间采用多根￠377×8mm的小横管连接。
3、横向联系
全桥拱肋上下弦管之间共设24道横撑，其中桥面以上18道X型横撑，桥面以下6道横撑，其中下弦管有4道采用背靠背K型横撑，横撑采用￠920×16mm钢管。
3、吊杆
全桥采用纵向双吊杆型式，吊杆间距8m，双吊杆之间间距为1.4m。吊杆索体由￠7平行钢丝束组成，标准强度1670MPa，两端头短吊杆采用PES(FD)7-91型，全桥共8根，其余均采用PES(FD)7-73型，全桥共132根。钢丝束外部采用双层HDPE防护，吊杆上下端均采用可调式冷铸锚具，锚头设置防水保护罩。
4、拱上立柱
拱上立柱采用钢管混凝土哑铃形双立柱形式，钢管尺寸为￠920×16mm，立柱之间采用厚度为16mm的缀板连接，缀板间距600mm，中间灌注50号混凝土。为增加柱横向稳定性，在L1、L2及L5、L6立柱上分别设置一道横联，横联采用单片钢管桁架形式。
5、主桥桥面系
主桥行车道系由预制钢筋混凝土π型纵梁、工字型钢横梁和大H型钢纵梁等组成。π型梁纵向预留钢筋互相焊接，与工字型钢横梁顶的预留圆柱头焊钉一起现浇40号混凝土，形成连续的钢―混凝土组合桥面系，通过吊杆支撑和立柱支座支承构成整体独立悬浮体系，在过渡墩顶伸缩缝处设置纵向限位装置。钢横梁之间横桥向设计六道钢纵梁，采用螺栓连接。主桥桥面铺装由上至下为6cm厚沥青混凝土+YW-1型防水材料+10cm厚钢纤维混凝土组成，横梁材料采用Q345D、Q345qD钢材。
6、下部结构
基于本桥的地质情况，基础采用明挖扩大基础，全桥共设4个分离式拱座基础。拱座配置￠20、￠16的局部加强钢筋网和￠16的面层钢筋网。
三、结构设计分析
该桥采用有限元计算软件ANSYS程序，全空间模拟各施工阶段和成桥状态，建立模型，进行分析计算。计算结果表明，该桥在不同工况下各主要构件的最大、最小拉应力均满足规范要求。在不同工况下该桥第1阶稳定系数均大于规范要求的最小值4.0。因此，该桥稳定性满足规范要求。
四、工程方案
拱座采用明开挖施工，分层浇筑混凝土，采取必要的措施减小水化热对混凝土的影响。钢管拱肋制作场地要求夯实、平整，浇注混凝土。钢管拱肋台座按分段坐标放1：1大样，各杆件在台座上组拼，焊接成型。主拱肋钢管采用无缝钢管或由钢板卷制而成，严格控制焊接质量。
拱肋吊装采用悬拼扣挂施工。拱肋制作完毕后，首先在制作场地进行预拼，试拼合格后，才能进行吊装。拱肋吊装前应安装好拱脚临时铰，悬拼过程中允许拱肋绕铰转动。每吊装一个节段除安装好横撑及临时横撑外还要设置横向浪风索。以利于调整拱轴线和保证横向稳定。两节段接头端面先用螺栓对接。安装合拢段前应预先通过扣索调整拱肋竖向位置，通过横向浪风索调整拱肋横向位置，然后再安装拱顶合拢段。两条拱肋全部合拢后，再全面校核一次拱轴线坐标，并调整到误差容许范围内。再对焊主拱钢管、烧掉螺栓，用加劲钢板补焊拱肋钢管接头，以保证受力连续，再用钢管焊接封死拱脚临时铰浇注拱座预留槽口50号混凝土，形成无铰钢管桁架拱，待拱脚混凝土达到强度后拆除扣索；泵送压注填充管内50号微膨胀混凝土。
五、结语
总之，该桥在设计中吸取了国内部分类似桥梁的设计方法和理念，大胆的将大跨度、变桁高、内提篮三大特点集于一身，结构新颖，构造复杂，科技含量高，施工工艺先进。
参考文献:
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[2]陈宝春.钢管混凝土拱桥设计与施工[M].北京：人民交通出版社，2000.
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