太 仓 市 杨 林 搪 大 桥 设 计

　　摘要：杨林搪大桥是太仓市太沙公路连接太仓市区与沙溪镇的重要桥梁。主桥为34+85+34m下承式连续拱梁组合体系结构，拱肋由一个主拱和两个副拱形成变截面鱼腹式拱肋，主梁采用预应力混凝土箱梁。本文介绍了下承式连续拱梁组合体系桥梁的结构设计与计算，施工方案，设计施工中的关键问题等。
　　
　　关键词：拱梁组合体系桥梁，主拱，副拱，设计，
　　
　　DesignofTaicangYang-LintangRiverBridge
　　WeiShujun1ShiXinxin2
　　（1.GuangzhouMunicipalEngineeringDesign&ResearchInstitute，Guangzhou510060，China）
　　（2.ArchitecturalDesign&ResearchInstituteofTongjiUniversity(Group)Co.,Ltd，Shanghai，China）
　　AbstractYang-lintangRiverBridgeiaanimportanturbanbridgeontai-shahighwayofTaicang，thatconnectTaicangcityandShaxitowm。Themainbridgewasdesignedasarch-beamcompositebridgewiththespansarrangedas（34+85+34）m。Thearchmakeupofonemainarchandtwoassistantarch，thebeamisthepre-stressconcertestructure。Inthispaper，thedesignandanalysisofthestructure，constructionplanandthemainproblemindesignandconstructionarepresented。
　　Keywordsarch-beamcompositebridge，mainarch，assistantarch，design，
　　
　　1、工程概况
　　杨林塘大桥是太仓市太沙公路的重要组成部分。太沙公路南起新港路，北至沙溪镇，是太仓市区连接沙溪镇的重要通道。杨林塘现状宽度约为50m，规划宽度70m，桥梁中心线与规划河道斜交2°C。通过方案设计和初步设计比较，主桥采用连续拱梁组合体系，跨径组合为：34m＋85m＋34m＝153m，桥宽31m。
　　引桥上部结构均采用先简支后连续小箱梁结构，南岸和北岸都采用9x30m的跨径组合布置。
　　本桥已于2007年开工，2008年建成通车。
　　
　　2、主要技术标准
　　工程的设计技术标准主要有以下
　　1）道路等级为一级公路，计算行车速度V=80km/h；
　　2）设计荷载:公路－I级；
　　3）抗震设防标准:基本烈度Ⅶ度，工程区域地震动峰值加速度为0.10g。按地震烈度8度设防，重要性修正系数1.7。
　　4）杨林塘通航净空：B=70m,H=7m；设计通航水位2.10m（黄海高程）。
　　5）桥梁纵坡为3.0％，R凸=6500m进行纵断面设计。
　　
　　3、结构设计
　　3.1箱梁构造
　　本桥主梁采用3跨变截面连续箱梁，梁高及底板厚度沿跨径方向按二次抛物线变化过渡，跨中设22m等高段，使得梁体轻巧，梁底曲线更为流畅。主桥箱梁采用大悬臂单箱双室直腹板箱形截面，箱顶宽31m，箱底宽21m，悬臂展宽5.0m,自由端厚0.2m，固结端厚0.6m。主梁跨中高度采用2.0m，为主跨的1/42.5，主墩处截面高度3.5m为主跨的1/24.3。
　　箱梁顶板尺寸除拱座下的节段采用0.4m的厚度外，其余顶板厚度为0.25m；在主墩中心10m范围内，边腹板厚度为1.2m，中腹板与拱座宽度一致，为3m，接着26.5m内，腹板由1.0m渐变至0.54m，跨中采用0.54m的腹板厚度；底板厚度在墩顶处为0.7m，跨中处为0.25m。
　　闭口箱形截面抗弯及抗扭刚度大，本桥为三跨拱梁组合体系桥梁，因此在主跨吊杆位置以及边跨对应处设置一道0.4m的横梁。
　　预应力混凝土桥梁，随着跨径的增加，自重荷载占总设计荷载的比重亦加大，因此，设计时在保证梁体刚度的前提下，尽可能减轻上部结构自重，同时采用高标号混凝土，提高截面的有效承载能力。本桥箱梁采用C50混凝土。
　　3.2箱梁预应力钢束配置
　　全桥纵向采用16φs15.2和12φs15.2钢绞线，fpk＝1860MPa，φ内＝90mm波纹管制孔，锚下控制应力φcon＝0.75fpk。
　　横梁采用12φs15.2钢绞线，fpk＝1860MPa，φ内＝90mm波纹管制孔，锚下控制应力φcon＝0.75fpk。
　　3.3拱肋
　　拱肋由一道主拱和两道副拱组成平行缀板桁架式（鱼腹式）拱，主桁高2.5m，副拱肋桁宽为变截面，由根部1.8m变至拱顶5.8m，节间长为2.75m。拱轴理论矢高17.0m，矢跨比1/5，拱肋桁架上下弦拱轴线采用二次抛物线。
　　拱肋上弦拱（副拱）采用D800×12mm钢管砼，下弦杆（主拱）采用D1200×16mm钢管砼，腹杆采用500×400×16mm方钢管。
　　三角形钢箱缀板采用矩形钢管和钢板组成，钢管采用直缝焊接，弯曲采用热煨成型。
　　
　　3.4吊杆
　　吊杆采用高强钢丝成品吊杆，吊杆钢丝采用Φ7mm双层镀锌高强钢丝，每根编束数为109丝，吊杆外热挤压黑色（内）和彩色（外）HDPE（两层）。全桥共13根，间距为5.5m。
　　
　　4、结构计算
　　4.1全桥纵向计算
　　由于本桥为下承式连续拱梁组合体系桥梁，结构受力相对比较复杂，因此计算时采用midas/Civil2006建立单梁模型和梁格模型对结构进行了施工过程与成桥状态计算和校核。
　　                      
　　                                                                   图1结构正应力图                                                         图2结构剪应力图
　　本桥主梁按照全预应力结构进行设计，主梁的正应力和剪应力分别如图1和图2所示，主梁上缘正应力在0.55～-13.3MPa之间，主梁下缘正应力在0～-8.12MPa之间，主梁最大剪应力为1.03MPa，除去尖点等部位，主梁截面应力基本符合规范要求。
　　4.2结构稳定计算
　　求解结构弹性稳定系数，以自重+二期恒载做为基础荷载，一阶稳定系数为10.46，二阶稳定系数为12.22。全桥吊杆安全系数大于2.5，拱桥整体稳定安全系数大道8.0以上，从分析结果可以看出，本桥的结构稳定满足要求。
　　
　　4.3拱脚局部应力计算
　　对拱脚部分建立实体有限元分析，拱脚按钢筋混凝土全断面受压设计，将midas计算得到的边界力加在拱脚局部模型上，根据计算结果，在拱脚薄弱区域配置了6束15-12的钢铰线，使得拱脚的主拉应力基本不超过1MPa，最大主压应力为-10.8MPa，如图3和图4所示。
　　             
　　　　
　　5、施工方法
　　本桥的通航标准为五级航道，经与航道部门协商，主桥施工可采用少支架施工的，预留净宽20m，净高5m的临时通航孔。主桥施工按照“先梁后拱”的原则实施，全桥施工过程如下：
　　①基础施工：搭设支架；②现浇主梁0号施工节段，张拉第一批纵向钢束；③依次现浇各施工节段主梁，张拉相应批次的纵向钢束；④现浇主梁3～4施工节段，张拉第三、四批纵向钢束；⑤现浇合拢段，主梁合拢；张拉合拢纵向钢束；⑥张拉横向桥面钢束。架设边跨预制小箱梁；⑦主梁上搭设支架，安装拱肋临时连接座；分三个节段架设主梁拱肋，安装全部吊杆；⑧拆除拱肋支架，同时泵送两根上弦钢管混凝土，然后泵送下弦钢管中混凝土；⑨分批张拉吊杆，主桥全部落架，调整吊杆力到设计力；最后进行桥面系等附属设施施工，全桥竣工。
　　
　　6、设计施工中的关键问题
　　钢管混凝土结构的设计与施工过程密切相关，其中有几个方面的问题在本桥的设计与施工过程中应该特别注意。
　　1）钢管与管内混凝土的结合问题。一方面，在混凝土泵送过程中，由于混凝土本身自重以及摩擦等因素，混凝土将对钢管壁产生一定的压力；另一方面，在成桥后，由于钢管的温度升降要快于混凝土，容易造成钢管与混凝土之间的脱空现象。因此，钢管与混凝土之间的结合显得非常重要。
　　2）预应力钢束的布置问题。由于本桥为单拱肋的下承式拱梁组合体系桥梁，拱的水平力主要通过中腹板进行平衡，主跨的弯矩亦主要通过中腹板传递至支座，因此在布置预应力钢束时，中腹板的预应力钢束要比两边腹板要多，特别是抗拉的通长钢束。
　　3）缀板的设计问题。由于本桥拱肋采用了变截面鱼腹式拱肋，两道副拱的中心间距由拱顶的5.8m渐变至根部的1.8m，因此缀板中的腹杆与主副拱肋在连接中不可避免的出现重叠。在缀板的设计中应避免拉杆与压杆出现重叠，以防止结构变形造成钢结构破坏。因此在设计缀板节点时采用整体式节点。
　　4）横梁的受力问题。由于主跨吊杆的存在，因此主跨中横梁在受力上接近于悬臂梁，而边跨中横梁接近于两跨连续梁，因此在布置横梁预应力时要注意主跨和边跨横梁受力的差异性。
　　
　　7、结语
　　连续拱梁体系桥梁与连续梁桥相比较，由于其较小的主梁建筑高度，降低了工程总造价，而且其建筑造型美观，适用跨径范围大，经济指标良好且稳定，能充分发挥拱的优越性，又可避免桥梁墩台承台水平推力，使其在各种桥梁方案的竞争中优势突出，解决了沿海地区上地基无法承受水平推力的难题。
　　在连续拱梁组合桥的设计过程中，应注意个节点构造的处理方式，避免不必要的复杂受力，确保节点受力明确、处理方便。
　　总的来说，连续拱梁组合桥一方面由于钢管的约束提高了混凝土的承压能力，另一方面也使拱桥的施工更加便捷，造型美观。因此，连续拱梁组合桥是一种值得推广的桥型。
　　
　　参考文献
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