大跨度單索面鋼管混凝土拱橋橫向剛度控制因素研究

趙品毅

摘 要：針對(duì)大跨度單索面鋼管混凝土拱橋拱肋橫向剛度低的特點(diǎn)，對(duì)影響其橫向剛度的控制因素進(jìn)行系統(tǒng)研究。結(jié)果表明：增加副拱、調(diào)整主拱截面尺寸均能有效提高其橫向剛度。研究結(jié)論已成功應(yīng)用于某跨江市政橋梁設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：單索面 鋼管混凝土拱 橫向剛度

中圖分類號(hào)：U448.22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）06（b）-0082-02

連續(xù)梁拱組合體系橋梁或連續(xù)剛構(gòu)拱組合體系橋梁已大量運(yùn)用于國內(nèi)外橋梁建設(shè)中，國內(nèi)外很多學(xué)者均對(duì)該類型橋梁進(jìn)行了系統(tǒng)的研究[1-4]。目前，國內(nèi)外已有連續(xù)梁拱組合體系或者是連續(xù)剛構(gòu)拱組合體系結(jié)構(gòu)，它們一般采用雙索面或多索面的拱肋，拱肋中間采用橫撐連接，這保證了主拱橫向具有足夠的剛度及穩(wěn)定性。

對(duì)F4橋來說，是將連續(xù)剛構(gòu)作為主要結(jié)構(gòu)受力體系，屬于典型的連續(xù)剛構(gòu)拱組合體系，但是，將單跨跨度長達(dá)160 m的單索面拱肋作為加勁拱，這在國內(nèi)外都實(shí)屬罕見，因?yàn)闃蚴绞欠窬哂锌尚行缘目刂埔蛩貨Q定于主拱的橫向。

F4橋主橋跨徑布置為（84+160+84）m，上部結(jié)構(gòu)采用連續(xù)剛構(gòu)拱組合體系，上部結(jié)構(gòu)以連續(xù)剛構(gòu)為主體，并在主跨配以單拱肋進(jìn)行加勁。加勁拱肋設(shè)于主跨中央分隔帶處，矢跨比1/5，跨徑160 m，拱肋軸線采用二次拋物線。

為保證景觀效果，拱肋由一片主拱和兩片副拱組成，其中主拱僅在主跨范圍內(nèi)設(shè)置，通過0號(hào)塊拱腳預(yù)埋段與主梁形成連續(xù)剛構(gòu)拱組合體系；副拱在主橋范圍內(nèi)均有設(shè)置，兩片副拱通過橫桿連接，主跨范圍內(nèi)副拱通過豎桿與主拱相連，邊跨范圍內(nèi)通過豎桿與主梁預(yù)埋鋼板相連；橫桿、豎桿連接在豎平面內(nèi)形成穩(wěn)定的三角體系。橋梁總體布置見圖1～圖2。

1 副拱對(duì)拱肋橫向剛度的影響

從景觀性的角度出發(fā)，F(xiàn)4橋增設(shè)兩副拱。由于副拱相對(duì)于主拱剛度很小，計(jì)算中往往忽視其對(duì)剛度的貢獻(xiàn)，而僅將其自重計(jì)入，從而導(dǎo)致拱肋結(jié)構(gòu)剛度偏小。

假定主拱外徑采用2 000 mm、壁厚采用24 mm，副拱外徑采用500 mm、壁厚采用12 mm時(shí)，主拱及副拱間連接桿件采用寬500 mm、厚36 mm的鋼板，對(duì)是否考慮副拱抗力主拱跨中橫向位移進(jìn)行比較。計(jì)算模型如圖3所示，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

由計(jì)算結(jié)果可知，計(jì)算模型中考慮副拱對(duì)橫向剛度的影響，主拱跨中橫向位移有較大程度減小，相比不考慮副拱作用減小了59.4 mm（24.5%），即設(shè)置副拱大大增加了拱肋的橫向剛度。

2 主拱截面尺寸對(duì)拱肋橫向剛度的影響

拱肋采用單圓管鋼管混凝土拱，采用Q345鋼材，管內(nèi)灌注C60混凝土。為研究主拱截面尺寸對(duì)拱肋橫向剛度的影響，從如下方面進(jìn)行比較：（1）主拱采用不同管徑時(shí)橫向剛度的比較；（2）主拱采用不同壁厚時(shí)橫向剛度的比較；（3）主拱采用帶肋空鋼管與鋼管混凝土的橫向剛度比較。

（1）主拱采用不同管徑、壁厚對(duì)拱肋橫向剛度的影響。

主拱橫向剛度的比較如表2所示。

從表2可以看出，主拱肋鋼管壁厚相等的情況下，鋼管外徑每增加10 cm，橫向位移相應(yīng)減少約12%；鋼管外徑相同的情況下，壁厚每增加4 mm，橫向位移相應(yīng)減少約3.6%。

（2）主拱采用帶肋空鋼管和鋼管混凝土?xí)r拱肋橫向剛度的比較。

主拱橫向剛度的比較如表3所示。

從表3可以看出，在鋼管尺寸相同的情況下，帶肋空鋼管剛度遠(yuǎn)小于鋼管混凝土。

綜上所述，增加主拱截面尺寸能有效的解決拱肋橫向剛度問題。

3 結(jié)論

（1）設(shè)置副拱能有效增加大跨度單索面鋼管混凝土拱橫向剛度，設(shè)計(jì)中不能忽視其對(duì)拱肋橫向剛度的貢獻(xiàn)。

（2）增加鋼管截面尺寸亦能有效增加鋼管混凝土拱橫向剛度，且增加管徑比增加壁厚效率更高。

（3）通過設(shè)置副拱、合理增加主拱鋼管截面尺寸，能有效解決大跨度單索面鋼管混凝土拱橫向剛度偏小的問題，并成功應(yīng)用于F4橋。

參考文獻(xiàn)

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[3] 陳寶春.鋼管混凝土拱橋應(yīng)用與研究進(jìn)展[J].公路，2008（11）：57-66.

[4] 陳寶春，盛葉.鋼管混凝土啞鈴形拱面內(nèi)極限承載力研究[J].工程力學(xué)，2009，26（9）：94-104.