上承式梁拱組合體系橋受力性能研究

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1、??G—s◎上承式梁拱組合體系橋受力性能研究石堅(jiān)，賈麗君，吳萬(wàn)忠(同濟(jì)大學(xué)橋梁系)摘要：上承式梁拱組合體系橋是上承式拱橋和連續(xù)梁組合受力的一種橋梁形式，有經(jīng)濟(jì)性能好、承載能力大、結(jié)構(gòu)輕盈等特點(diǎn)。通過(guò)采用預(yù)應(yīng)力筋來(lái)平衡拱腳的推力，發(fā)揮了拱梁混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋各自的特點(diǎn)，比較適合在軟土地基上修筑。經(jīng)對(duì)青島創(chuàng)業(yè)大道橋的分析，得出了設(shè)計(jì)參數(shù)和橋梁在靜力荷載下的受力性能的關(guān)系，同時(shí)分析了上部結(jié)構(gòu)與下部基礎(chǔ)協(xié)調(diào)作用對(duì)拱橋的影響，分析了在軟土地基上的適用性。關(guān)鍵詞l梁拱組合體系橋梁；矢跨比；拱梁剛度比；上下部結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)作用0引言20m(

2、車行道)+5m(人行道)。墩梁固結(jié)，全橋連續(xù)，拱橋是一種古老的橋型，有著跨越能力大、承載能采用剛拱剛梁設(shè)計(jì)，橋梁標(biāo)準(zhǔn)斷面圖見(jiàn)圖2。力高、材料用量省、維護(hù)費(fèi)用少、造型美觀等特點(diǎn)。拱橋虹形的結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)和功能的和諧統(tǒng)一，在受力上以拱圈的受壓為主，是厚重與輕盈的矛盾統(tǒng)一，因此，“拱是結(jié)構(gòu)也是建筑”，拱橋結(jié)構(gòu)往往由于其建筑上的意義受到設(shè)計(jì)師的青睞。近年來(lái)，我國(guó)橋梁事業(yè)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，橋梁理論有了一定發(fā)展，工程經(jīng)驗(yàn)也越圖1青島創(chuàng)業(yè)大道橋拱梁組合體系橋來(lái)越豐富。梁拱組合體系就是在這種基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型橋型，簡(jiǎn)潔的造型和寬闊的

3、視野使其特別適合城市橋梁的設(shè)計(jì)。l工程背景介紹青島創(chuàng)業(yè)大道南橋?yàn)榍鄭u高新區(qū)中央智力島葫蘆巷水系景觀中的重要元素。這座橋梁是進(jìn)出島的五座橋梁之一，對(duì)水系景觀設(shè)計(jì)、智力島景觀設(shè)計(jì)有非常大圖2標(biāo)準(zhǔn)斷面圖的影響。因此，橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)能起到畫龍點(diǎn)睛的作用，其主拱：主拱跨徑L一54m，矢高f一4．65m，拱軸景觀性非常重要。青島高新區(qū)中央智力島面積約線采用2．15次拋物線，矢跨比為f／L一1／11．6。拱圈0．7km，進(jìn)出島的科技大道、創(chuàng)業(yè)大道及創(chuàng)意大道跨采用圓端形的實(shí)心截面，截面尺寸(寬×高)8．0m×越環(huán)島葫蘆巷河道。場(chǎng)區(qū)地貌屬濱海

4、沼澤化淺灘，橋1．3m；拱圈與主梁之間設(shè)置斜向鏤空的拱上斜撐，斜位地貌屬葫蘆巷河道，地形整體較平緩。鉆探揭露，場(chǎng)撐采用實(shí)心矩形截面，考慮橋梁景觀的需要，斜撐采用區(qū)第四系主要由全新統(tǒng)人工填土(Q)、全新統(tǒng)海相弧形外觀造型，斜撐縱向間距5．5m。層(Q)、上更新統(tǒng)洪沖積層(Q)組成，場(chǎng)區(qū)基巖主梁：主梁采用魚腹形箱梁截面，梁高1．21TI，寬為白堊系王氏群泥質(zhì)粉砂巖(K)。30m，采用單箱多室結(jié)構(gòu)，梁頂設(shè)雙向2．0的橫坡，結(jié)構(gòu)形式：主橋結(jié)構(gòu)形式為上承式鋼筋混凝土拱梁底水平。設(shè)計(jì)中，先考慮在恒載受力情況下，主梁承橋。橋梁全長(zhǎng)92

5、m，跨徑布置為：16．5m+59m+受拉力和彎矩，在橋梁邊跨配置斜撐，使邊跨兩道斜撐16．5m(見(jiàn)圖1)。橋梁橫向設(shè)計(jì)為雙向六車道，橋?qū)捄椭髁盒纬煞€(wěn)定的三角體系，三角體系能將拱腳傳來(lái)30m，采用單幅橋結(jié)構(gòu)，橫向布置為：5m(人行道)+的水平力傳遞給主梁。在斜撐的末端配置強(qiáng)大的壓收稿日期：2010-06—17重，能抵消結(jié)構(gòu)的上拔力，避免橋梁端部的翹起。No．12011上姥51◎s—G?一s邊跨斜撐：邊跨主梁與橋臺(tái)及邊跨斜撐結(jié)構(gòu)固接，軟件，如橋梁博士和Midascivil都有特定的模塊。通過(guò)斜撐結(jié)構(gòu)與橋臺(tái)及拱座斜交固接來(lái)輔助

6、平衡主拱梁拱組合體系相對(duì)于其他種類的拱橋來(lái)說(shuō)，特點(diǎn)突圈傳遞的水平推力。出，優(yōu)勢(shì)明顯。對(duì)于普通下承式拱橋，拱圈受壓，并把拱下部結(jié)構(gòu)：拱座上設(shè)置橋下人行通道；橋臺(tái)采用混腳推力傳遞給基礎(chǔ)，橋面系一般采用拱式或梁式拱上建凝土實(shí)體接樁基的形式；拱座及基礎(chǔ)采用承臺(tái)+群樁筑，拱橋梁端設(shè)施工縫，釋放溫度等附加內(nèi)力。傳力路基礎(chǔ)的形式。徑為：橋面系一立柱一拱圈一基礎(chǔ)一地基。連續(xù)梁采用縱向預(yù)應(yīng)力筋配置：預(yù)應(yīng)力鋼筋分為兩個(gè)階段張一根單梁的形式承受荷載，頂板和底板主要承受彎矩，拉：前期鋼束在兩邊合龍之前，兩個(gè)懸臂的剛架時(shí)施工腹板承受剪力和彎矩，傳

7、力路徑為水平傳力方式：橋面張拉；后期鋼束在全橋合龍之后張拉。預(yù)應(yīng)力筋采用高系一支座一基礎(chǔ)一地基。從支點(diǎn)截面來(lái)看，其傳力路徑強(qiáng)度低松弛的15．24的鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為長(zhǎng)，剪力積分面積大，所以彎矩較大，這必將導(dǎo)致較高的1860MPa，張拉應(yīng)力為1339．2MPa。前期束28根、后梁高。梁拱組合體系是梁拱組合體系橋梁，充分發(fā)揮了期通長(zhǎng)束22根。在后期張拉預(yù)應(yīng)力階段，橋臺(tái)將會(huì)出主拱受壓和主梁受彎的特點(diǎn)，傳力路徑為：現(xiàn)較大的上拔力，上拔力與邊斜撐的內(nèi)力大小與斜率有正關(guān)。后期預(yù)應(yīng)力束的配置是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，因?yàn)樗粌H影響到主梁的受力，而

8、且影響到主拱的受力和拱腳推力。車輛荷載一橋面鋪裝一橋道系一系基礎(chǔ)2結(jié)構(gòu)體系分析2．2橋梁特點(diǎn)與經(jīng)濟(jì)性能2．1結(jié)構(gòu)的傳力路徑由于采用了主梁和主拱共同受力的體系，故結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁拱組合體系橋梁主要由拱承載效率高、材料節(jié)省、經(jīng)濟(jì)性能好。結(jié)構(gòu)自平衡，用肋、系梁、吊桿(立柱)、橫梁及橋面系組合起來(lái)共同承主梁預(yù)應(yīng)力抵消了