金雞達(dá)旦河大橋成橋鋼箱拱肋內(nèi)力分析研究

俞平橋，白洪濤，尹開(kāi)川

（云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650011）

1 項(xiàng)目概況

金雞達(dá)旦河大橋?yàn)榭缭紧數(shù)乩娬編?kù)區(qū)—金沙江一級(jí)支流—達(dá)旦河而設(shè)，主橋采用下承式鋼箱拱肋系桿拱，拱肋理論計(jì)算跨徑265 m，拱軸線為懸鏈線，矢高53 m，矢跨比1/5，拱軸系數(shù)m=1.3。

懸鏈線公式：

式中坐標(biāo)原點(diǎn)為拱頂，水平向?yàn)閤軸，豎直向下為y軸。

圖1 橋型總體布置圖（單位：cm）

2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

拱肋采用鋼箱型截面，寬度2.8 m，高度為變截面，拱頂高3.5 m，拱腳高4.5 m；主梁采用鋼混組合格構(gòu)梁體系，其中主縱梁為箱型截面（2.8 m×3.2 m），次縱梁與橫梁為工字型截面（橫梁梁高2.2 m，次縱梁梁高0.8 m），混凝土橋面板厚度25 cm；吊桿采用7-139平行鋼絲成品束，永久系桿采用15-55鋼絞線成品束。

該橋計(jì)算過(guò)程詳細(xì)考慮了施工階段到成橋，施工過(guò)程中只考慮恒載作用。最后一批系桿張拉為全橋計(jì)算的最后一個(gè)施工階段，拱軸系數(shù)和矢高的對(duì)比分析均是詳細(xì)考慮施工階段成橋后，恒載作用下鋼箱拱肋內(nèi)力的分析。

圖2 全橋有限元模型

3 研究?jī)?nèi)容

3.1 系桿[3]張拉順序?qū)Y(jié)構(gòu)受力[4]的影響

圖3 系桿錨固端布置圖（單位：cm）

表1 系桿錨固端張拉順序

3.1.1 系桿張拉第二步時(shí)鋼箱拱肋應(yīng)力[5]

從圖4～圖7中分析可知，4種工況，整體均滿足結(jié)構(gòu)受力的要求，從拱腳和跨中受力綜合分析，工況1拱橋和跨中應(yīng)力差別最小，總體受力最好。

圖4 系桿第二步張拉不同工況下鋼箱拱肋應(yīng)力圖

3.1.2 系桿張拉第三步時(shí)鋼箱拱肋應(yīng)力

圖5 系桿第三步張拉不同工況下鋼箱拱肋應(yīng)力圖

3.1.3 系桿張拉第四步時(shí)鋼箱拱肋應(yīng)力

圖6 系桿第四步張拉不同工況下鋼箱拱肋應(yīng)力圖

3.1.4系桿張拉第五步時(shí)鋼箱拱肋應(yīng)力

圖7 系桿第五步張拉不同工況下鋼箱拱肋應(yīng)力圖

3.2 拱軸系數(shù)對(duì)成橋鋼箱拱肋內(nèi)力的影響

該橋拱軸系數(shù)的研究共進(jìn)行4個(gè)工況，在跨徑和矢高不變的情況下，研究拱軸系數(shù)對(duì)成橋鋼箱拱肋內(nèi)力的影響。

表2 拱軸系數(shù)對(duì)應(yīng)工況

從圖8分析可知，15號(hào)單元、125號(hào)單元和跨中70號(hào)單元，隨著拱軸系數(shù)的增大，應(yīng)力逐漸增大。綜合分析工況2拱腳和跨中應(yīng)力差別最小，工況2更合理。

圖8 不同拱軸系數(shù)成橋鋼箱拱肋應(yīng)力圖

3.3 矢高對(duì)成橋鋼箱拱肋內(nèi)力的影響

該橋矢高的研究共進(jìn)行4個(gè)工況，在跨徑和拱軸系數(shù)不變的情況下，研究矢高對(duì)成橋鋼箱拱肋內(nèi)力的影響。

從圖9分析可知，成橋狀態(tài)鋼箱拱肋應(yīng)力基本是隨著矢高的增大，應(yīng)力逐漸減小。從受力角度考慮，在15號(hào)單元、跨中和125號(hào)單元應(yīng)力基本相等，再?gòu)拿烙^角度綜合考慮，該橋矢高選擇工況3。

表3 不同矢高工況

圖9 不同矢高成橋鋼箱拱肋應(yīng)力圖

4 結(jié)語(yǔ)

下承式拱橋總體設(shè)計(jì)中，拱軸系數(shù)和矢跨比在相關(guān)規(guī)范及教材中有一定的取值范圍。在可取值范圍內(nèi)，拱軸系數(shù)和矢高的取值對(duì)鋼箱拱肋受力影響較大，會(huì)影響到下承式拱橋的美觀及經(jīng)濟(jì)性。本文從系桿不同張拉順序可以看出在成橋階段，鋼箱拱肋應(yīng)力差別較大，工況1受力更合理，多處最大應(yīng)力基本相等。拱軸系數(shù)直接影響鋼箱拱肋內(nèi)力，工況2和工況3受力更合理。下承式拱橋在跨徑一定的情況下，矢高的不同，直接影響橋梁結(jié)構(gòu)的受力和美觀，該橋工況3和工況4的矢高對(duì)于受力和美觀更為合理。本文中通過(guò)對(duì)主跨265 m下承式鋼箱系桿拱橋總體分析，希望對(duì)以后類(lèi)似橋梁的設(shè)計(jì)有一定的借鑒作用。