大跨度上承式钢筋混凝土箱肋拱桥设计.pdf
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1、第 3 1卷 第 1期 2 0 1 0年 2月 华北水利水 电学院学报 J o u r n a l o f No A h C h i n a I n s t i t u t e o f W a t e r C o n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o w e r V0 1 31 NO 1 Fe b2Ol 0 文章编 号 : 1 0 0 2 5 6 3 4 ( 2 O L O ) 0 1 0 0 4 l 一 0 4 大跨度上承 式钢 筋混凝土箱肋拱桥设计 尹 超 ( 安徽省交通规 划设计研 究院 , 安徽 合肥 2 3 0 0
2、0 0 ) 摘要 : 以金寨县金桃大桥 为例介 绍了大跨度上承式钢管 混凝土箱 肋拱桥 的主要设计 过程 为 了合 理拟定拱 桥的重要尺寸 , 设计时采用通用 Mi d a s 软 件对 全桥进行 了结 构分析 和计算 结 果表 明 , 该拱 桥 尺寸 拟定 合适 , 整体结构安全 可靠 , 可为 同类 桥粱的设计提供参考 关键词 : 大跨度桥梁 ; 整体结构 ; 上承式钢筋混凝土肋拱 ; 拱肋结构 ; 主拱圈 中 图分 类 号 : U 4 4 2 5 2 文 献 标 识 码 : A 箱肋拱 桥 在竖 向荷 载 作 用 下 , 主梁 端 部 产 生 负 弯 矩 , 减少 了跨 中的正 弯矩 ,
3、 跨 中截 面尺 寸可 相应 减 小 其主要 优 点是 外 形 尺 寸 小 、 桥 下 净 空 大 、 桥 下 视 野 开 阔 、 混凝 土用 量较 小 主梁 截 面形状 在 纵方 向可 为等截面、 等高变截面和变高度 3种 为适应 内力 的 变化 和方便 施 工 , 还 可 把 主梁做 成其 他截 面 形式 其 支 柱有 薄壁 式 和立 柱 式 , 立 柱 又 可 以分 成 多 柱 和 单 柱 多柱式 的柱顶 通 常 用 横 梁 相 连 , 形 成 横 向框 架 , 以承 受侧 向作 用力 当立柱 较 高时 , 应在 其 中部 用横 撑 将 各柱 连接 起来 箱 肋 拱 桥 的节 点 指 立
4、 柱 与 主梁 相 连 的地 方 , 又称 角隅 节点 该 节点 必须 具有 很 大 的 刚度 , 以保 证 主梁 和立 柱 的刚性 连接 笔 者 以金寨 县 金 桃 大桥 为例 , 介绍 箱肋 拱 桥 的设计 过程 1 桥梁概况 新 建金 寨 县 金 桃 大桥 跨 越 梅 山水 库 , 结合 桥 位 处地 形 、 地质 条件 , 采 用 拱 桥 设 计 梅 山水 库 位 于 淮 河支 流 的史河 上 游 , 集 蓄 洪 、 调 节 洪 峰 流 量 、 灌 溉 及 发 电等 功能 于一体 水 库 坝顶 高 程 1 4 0 m, 一般 正 常 水位 1 0 5 I T I , 枯水期水位 9 6
5、9 7 1 13 , 1 9 9 1年洪水位 1 3 5 7 5 m 桥 位位 于库 区内 , 距 溢洪 道 、 泄洪 道较 远 , 建桥 后 不会 引起 冲刷 金桃 大桥 主 桥采 用二 孔跨 度均 为 1 6 0 1 1 1 的上承 式钢筋混凝土箱肋拱 , 引桥采用跨度 1 3 m的简支空 心板 , 桥 梁全 长 4 9 1 m 主跨 计 算 跨 径 1 6 0 i n , 矢 高 2 0 Il l , 拱轴 系数 取 1 5 6 , 桥跨 布 置如 图 1所示 图 1金 桃 大 桥 总体 布 置 图 ( 单 位 : c m ) 2 技术标 准 设 计 荷 载 : 汽 车一2 0 , 挂
6、车一1 0 0 , 人 群 为 3 k N m ; 设 计 行 车 速 度 为 6 O k m h ; 桥 面 宽 度 为 0 5 m( 防撞 护 栏 )+8 5 1 30 - ( 行 车 道 )+0 5 m( 防撞 护栏 ) , 全 宽 9 5 m; 设 计 控 制 水 位 为 百 年 一 遇 水 位 I 3 6 0 7 m; 地 震 烈 度 为 6度 地 区 , 按 7度 设 防 ; 平 曲 线要 素 : 桃 岭岸 引 桥 半 径 R=6 5 m, 缓 和 曲线 长 度 3 5 m; 梅 山岸引 桥半 径 R=3 5 0 m, 不设 缓 和 曲线 ; 桥 上最 大纵 坡3 ; 横 坡为 双
7、 向坡 1 5 收 稿 日期 : 2 0 0 91 11 9 作者简介 : 尹超 ( 1 9 7 8 一 ) , 男 , 江苏徐州人 , 工程师 , 硕 士 , 主要从 事桥梁工程方面 的研究 4 2 华北水利水 电 学院学报 2 0 1 0年 2月 3 结构设计 3 1桥梁 纵 向布 置 ( 桃 岭一 梅 山) 6 m( 桥 台)+ 3 1 3 m( 钢 筋混凝土 简支空 心板 ) + 1 6 0 m( 钢筋混凝 土 上承 式 箱肋 拱 )+ 61 3 m( 钢 筋混凝 土简支 空心板 )+1 6 0 m( 钢 筋混 凝 土上 承式 箱肋拱 )+21 3 m ( 钢 筋 混 凝 土 简 支
8、空 心 板 )+ 6 IT I ( 桥 台) , 全长 4 9 1 m 3 2主桥 设计 a 总体 由于 受 到桥 面 高 程及 设 计 水 位 和地 形 的影 响 , 主桥 采用 计算 跨 度 1 6 0 m 的上 承 式 钢筋 混 凝 土箱肋拱 , 计算 矢 高 为 2 0 i n , 矢 跨 比为 1 8 , 拱 轴 线采 用悬 链 线 , 拱 轴 系 数 1 5 6 , 悬链 线方 程 为 Y= f ( e h ( k ) ( m一1 ) ) ; 其 中f= 2 0 , 7 , =1 5 6 , k= I n( , +( m 一1 ) ) 2, =x 8 0 b 主拱 圈 横桥 向主
9、拱 圈由 2根拱 肋组 成 , 每根 拱肋 由 2片预制 安装 的拱箱 组成 一个单 箱双 室的箱 形 截面 拱肋 间以横 系梁联 结 主 拱肋采 用等截 面设 计 , 1 6 0 m跨 径每 片拱肋 高度 3 3 m, 宽 度 3 0 m 为 减轻 吊装重 量 , 预 制 拱 箱 高度 为 3 1 3 m; 预制 宽 度 为1 4 0 m,采 用C 5 0 号 混 凝 土 拱 轴 弧 长 1 6 5 0 0 5 4 m, 分 9 段 预 制 安 装 , 边 拱 肋 弧 长 2 1 6 4 2 5 m, 其余每段弧长 1 7 6 4 2 5 m 最大 吊装重 量 7 0 t 经计算 , 金桃大
10、桥的拱圈最小高度为 3 0 8 m 目前 国外 已建 成 的大跨径 钢筋混 凝土箱 形拱 桥 的拱 圈宽度 一般为跨 径 的 1 5 0 1 7 0 ( 等截 面拱 ) , 按 国外 的公 式 , 金 桃 大 桥 的拱 圈高 度 在 2 3 3 2 m, 按 我 国经 验公式 结果偏 小 , 因此 , 金桃大 桥在结 合 国 内外 有关桥 梁及 经验 公 式 的 基础 上 , 拟 定 拱 圈高 度 为 3 3 m, 为跨径 的 1 4 8 5 , 满 足规 范要 求 箱形拱 桥 的矢 跨 比一般 为 1 61 1 0 , 一 般 将 矢跨 比大于或 等 于 1 5的拱 称 为 陡 拱 , 矢跨
11、 比小 于 1 5的拱称 为坦 拱 金 桃 大桥 矢 跨 比为 1 8 , 在 规 范 的允许 范围之 内, 属 于坦拱 之列 c 横 隔板 为 了加 强箱壁 的局部 稳定 性 , 提 高箱 拱 的抗扭 刚度 , 拱箱 内需设 置横 隔板 , 除 在端头 及 吊 扣点和拱上立柱处必须设置外 , 其余部分问隔2 0 3 5 m设 置 , 横 隔板 间距不 宜 大 于 5 m, 横 隔板 厚 度 在 0 0 6 0 0 8 m 左 右 , 横 隔板 中间 应挖 空 , 以减 轻 重量 , 方 便施 工及养 护人 员通行 金桃 大桥拱 箱 内横 隔板按 间距 2 m设 置 , 厚度 有 0 0 8
12、m和 0 1 2 r n两 种 , 其 中 0 1 2 m横 隔板主要 用 于 吊、 扣 点处 金桃 大 桥 的横 隔板 厚度 和 间距符合 规范 的要求 对 于闭 口箱 的横 向连 接 , 在横 隔板位 置 的顶 板 预埋 钢板 , 用短钢 筋搭 接焊接 , 并在底 板 上预 留横 向 分 布钢 筋 , 待 拱箱 合 龙 后 , 将 分 布 钢筋 弯起 交 叉 钩 住 , 再现 浇混凝 土 从 图 2中可 以看 出 , 金 桃 大桥 预 制拱 箱 间的横 向连 接符合 规范要 求 撞匦 堑墼送旦 壁垂 塑壅 立 面 睦 , I 、 I 厂 啦董曲钢 I _ 筋网两 屉 _ l l I 1 I
13、 l 加 2 0 图 2拱 箱 横 向 连接 构 造 ( 单位 : c m) d 拱 肋现 浇混凝 土 的构 造处 理 将 拱 箱 之 间 的 混凝 土和顶 板现 浇 混凝 土 一 起 浇注 , 拱 箱 上 的竖 向 钢筋外 伸 , 埋 入顶 板 的现浇混 凝土 中 , 并 沿全拱 宽设 置通 长钢筋 网 , 浇 注在顶 板 的现浇混 凝 土层 中 考 虑到 拱箱 间 的现 浇混 凝 土 有 3 0 c m 的 宽度 、 3 3 m 的高度 , 因此 , 金桃 大桥 在拱 箱 问现 浇混 凝 土 内设置 了 2排 D 8带 肋 钢 筋 网 片 , 以利 于拱 肋 预制 部 分与现 浇部 分之
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