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大跨度上承式钢箱桁肋拱桥设计

王金磊，等：大跨度上承式钢箱桁肋拱桥设计谥加齐缶州加淼I!用韶

设大跨度上承式钢箱桁肋拱桥设计

王金磊，窦巍聚氨酯浆料

（安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司；公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心，安徽合肥230088）

摘要：本文结合宜宾至昭通高速公路彝良（川滇界）至昭通段白水江特大桥，通过对主跨330m ±承式钢箱桁肋拱桥结构尺寸

及结构性能进行分析，建立全桥的有限元模型，计算结果表明受力指标均满足规范要求。

关键词：高速公路；上承式钢箱桁肋拱桥；有限元模型中图分类号:U44& 22+4

文献标识码：A

文章编号：1673-5781（2019）01-0045-03

0引言

钢桁架拱桥具有跨越能力大、承载能力的高特点，在山区高速公路对于跨越典型“V ”形谷地形具有很大优势⑴。依托

云南省云南省宜宾至昭通高速公路彝良（川滇界）至昭通段白水江特大桥为实例，对其方案、结构尺寸、受力性能进行研究分析，为同类桥梁设计提供有价值参考。

1工程背景及方案设计

白水江特大桥跨越一深切“V ”字形河谷，河谷两岸呈陡坎

地形，自然坡度45°〜82°。桥面与水面高差272m，道路设计线

与地形交线宽度446m 。桥梁方案设计时，由于两岸边坡陡峭，

桥墩基础难以设立，从墩高与跨径协调的角度出发，适宜的主

跨布置应在260m 以上，可供选择的主桥桥型主要有连续刚构、斜拉桥、矮塔斜拉桥、拱桥和悬索桥。

结合总体路线，考虑结构受力要求和施工工艺复杂程度，兼顾经济，并注重与周边环境的整体协调，经综合比选后，拟定的方案是330m 上殿钢箱桁架拱桥。

白水江特大桥全长755. 8m，桥跨布置为:11 X 30m （预制

T 梁）+ 22X16m （上承式钢箱桁肋拱桥，其中主拱圈跨径为 330m ） + 2X33. 5m （预制T 梁），其中主桥跨越白水江所在

峡谷。

2主桥结构设计

2.1主桥总体设计

白水江特大桥主桥桥面系统跨径布置为22X16 = 352m,

主拱圈跨径330m，上承式钢箱桁肋拱桥，计算跨径330m，矢高

60m，矢跨比1/5. 5，拱轴系数1. 5。桥型布置如图1所示。

2.2主拱圈设计

拱圈采用钢桁结构，上下弦杆为等截面钢箱，腹杆、横联、

平联等杆件采用焊接工字钢，横向分3片拱肋，拱肋为等高桁架，桁高（上下弦中心线间距）&5m，拱箱断面内轮廓尺寸为

1. 4mX lm,，内设纵向加劲肋，钢桁拱肋上下弦杆钢箱壁厚从

拱顶至拱脚分节段变厚，变厚范围30〜42mm，弦杆与腹杆的

连接采用整体式节点。

图1主桥桥型布置图

2.3拱上立柱设计

拱上立柱采用三柱式钢箱桁架柱，立柱纵桥向标准间距

16m，横向三根立柱为等截面钢箱，钢箱截面横桥向为1. 0m,

顺桥向为1. 6〜1. 26m，壁厚16mm，内设纵向加劲肋及横隔

板。立柱墩高度大于12m 时柱间设置交叉斜撑，斜撑杆件采

用焊接工字钢，高598mm，翼板厚16mm，腹板厚12mm o 立柱顶与刚格构主纵梁焊接。

2.4主跨桥面系钢梁设计

采用钢与混凝土叠合梁，即在钢格构梁上设置混凝土桥

面板。为了减少加劲梁的恒载弯矩，采用一期桥面板前为无

弯矩梁设计，即在一期桥面板施工前钢格构梁较接，待一期

桥面板施工后钢格构梁较接变固结，再施加二期桥面板及其余二期恒载。钢格构主梁主要由纵梁、次纵梁、横梁构成。

钢格构设置3道主纵梁，横桥向间距8m，采用箱型截面，梁高

1. 5m，顶板宽1. Im，厚12mm，底板宽1. Im，厚25mm，腹板

厚20mm ；次纵梁采用“工”形钢板梁，梁高0. 45m，顶板宽

0. 575m，厚 12mm，底板宽 0. 35m，厚 16mm，腹板厚 12mm ；标

红外线烘干

准梁段纵向每隔4m 设置1道横梁，横梁采用“工”形钢板梁,

标准段横梁高1. Om，顶板宽0. 65m，厚12mm，底板宽0. 65m,

厚25mm，腹板厚16mm ；主纵梁梁段之间，横梁与纵梁之间采

用栓焊结合的连接方式。主桥标准横断面如图2所示。

收稿日期：2018-12-20 ；修改日期：2019-01-16

作者简介：王金磊（1985-），男，安徽合肥人，安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心工程师.

《工程与建设》2019年第33卷第1期

王金磊，等：大跨度上承式钢箱桁肋拱桥设计工程设计I

2450

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图2主桥标准横断面图（单位:cm）

2.5桥面板设计

行车道板采用C50钢纤维钢筋混凝土结构，厚度25cm，长为3.5m，宽为3.35m，采用预制拼装的模式施工，纵桥向在每道横梁顶设置横向湿接缝，湿接缝宽0.5m；横桥向在主纵梁、次纵梁以及外侧设置纵向湿接缝，宽度分别为0.8m和0.5m。

预制桥面板通过湿接缝和剪力件与主梁钢格构连接，形成叠合梁模式。

2.6拱座设计

拱座基础采用带有台阶的扩大基础，拱座与基础合为一体，拱座厚度方向5m，基础总高度20.895m，顺桥向投影为长度21.4m，横向宽度24m。基础采用C30混凝土，拱座采用C40混凝土。

3主桥结构计算分析

3.1计算参数

建筑装饰材料技术桥面铺装为10cm沥青混凝土，容重取24kN/m3，含防撞护栏二期恒载总重为89.2kN/m o

钢材：E S=2.lX105MPa o

普通钢筋：HPB300钢筋九=300MPa,E s= 2.1X 105MPa；HRB400钢筋九=400MPa,Es=2.1X105MPa［2-4］。

3.2计算荷载

恒载：一期恒载包括拱圈钢桁架、纵梁、桥面系、横梁、立柱自重，按实际断面计算；二期恒载包括

桥面铺装、防撞护栏等。

活载：公路一I级。考虑六车道加载以及偏载作用，按照空间位置进行布载。

温度荷载：

（1）依据文献［3］4.3.12-2条计算体系温度：

钢结构：高温Te=39°C，低温Te=—6°C，假定合拢温度为15°C，体系升温24°C，体系降温21°C。

（2）主梁截面梯度温度依据文献［3］4.3.12-3条取值。

（3）支座沉降：取0.01m计算，按照每个拱座的最大沉降量的最不利的荷载组合进行计算。

3.3边界条件

拱圈在拱座处按照先较接后固结的边界条件进行分析。3.4施工阶段划分

按实际施工步骤划分施工阶段。包括主拱圈吊装、焊接拱46《工程与建设》2019年第33卷第1期上立柱、分节段施工钢格构梁、施工混凝土桥面板、施加二期荷载等。利用MIDAS有限元软件建立全桥有限元计算模型⑥，如图3所示。

在全桥总体结构分析中考虑拱圈、桥面系、立柱共同作用，计算恒载、活载、基础沉降、温度荷载、风荷载作用下产生的荷载效应。根据施工步骤进行施工及运营阶段模拟分析［7-诃，按文献［3］对施工阶段及成桥阶段进行各种荷载组合计算。

3.6主要计算结果

⑴结构刚度。拱圈结构刚度计算见表1。

表1钢梁竖向挠度（汽车活载不计冲击力）

位置1/4跨跨中L/600是否满足恒载/mm-58.8-123.2

汽车活载/mm—24.03—26.3586满足

由表1可知，结构刚度满足规范要求。

（2）主拱圈上弦杆箱梁正应力计算。施工阶段：钢梁上翼缘最大压应力为119.5MPa（14号立柱右侧上弦杆），没有出现拉应力。下翼缘最大压应力为107.5MPa（14号立柱左侧上弦杆），没有出现拉应力。均小于80%强度设计值，满足文献［5］第4.4.3条要求。

橡胶软化油运营阶段：基本组合钢梁上翼缘最大压应力为171.4MPa （14号立柱右侧上弦杆），最大拉应力为10&7MPa（左幅最右侧拱脚锚固处上弦杆）；下翼缘最大拉应力为41.3MPa（左幅最左侧拱脚锚固处上弦杆），最大压应力为156.6MPa（右幅最右侧拱脚锚固处上弦杆）。均小于Q345qD钢材的强度设计值：270MPa（16mm^^40mm）,260MPa（40mm^^63mm），满足文献［5］要求。

（3）拱圈下弦杆钢箱梁主要计算结论。施工阶段：钢梁上翼缘最大压应力为105.8MPa（18号立柱右侧下弦杆），没有出现拉应力；下翼缘最大压应力为129.8MPa（中间幅最右侧拱脚锚固处下弦杆），没有出现拉应力。均小于80%强度设计值，满足文献［5］要求。

运营阶段：基本组合钢梁上翼缘最大压应力：165.9Mpa （右幅最右侧拱脚锚固处下弦杆），最大拉应力为56.3MPa（左幅最左侧拱脚锚固处下弦杆）；下翼缘最大拉应力为2.4MPa （右幅最左侧拱脚锚固处下弦杆），最大压应力为205.9MPa （左幅最右侧拱脚锚固处下弦杆）。均小于Q345qD钢材的强度设270MPa（16mm^^40mm）,260MPa（40mm^

63mm），满足文献［5］要求

。

王金磊，等：大跨度上承式钢箱桁肋拱桥设计谥加齐缶州加淼I!用韶

设

(4)主拱圈其他构造物计算结论。通过验算，主拱圈上下弦杆抗剪承载力和最大折算应力满足规范要求；立柱钢箱梁在承载能力极限状态应力满足文献［5］要求。

(5)钢梁主要计算结论。施工阶段：钢梁上翼缘最大压应力为17.7MPa(10号〜11号立柱跨中)，最大拉应力为19. 3MPa(4号立柱B梁段)；下翼缘最大拉应力为26.9MPa(右边跨跨中)，最大压应力为50.8MPa(13号立柱B梁段)。均小于80%强度设计值，满足文献［5］要求。

运营阶段：基本组合钢梁上翼缘最大压应力为36.8MPa (10号〜11号立柱跨中)，最大拉应力为35.8MPa(l号立柱B 梁段)；下翼缘最大拉应力为72.1MPa(右边跨跨中)，最大压应力为89.3MPa(13号立柱B梁段)。均小于Q345qD钢材的强度设计值：275MPa(16mm),270MPa(16mm W W 40mm)，满足文献［5］要求。

(6)桥面板主要计算结论。施工阶段：桥面板上缘最大压应力为2.5MPa；下缘最大压应力为2.0MPa o均小于规范要求25.9MPa，满足文献［5］要求。

运营状态：成桥后桥面板上缘最大压应力为10.3MPa，下缘最大压应力为4.4MPa。均小于规范要求16.2MPa，满足文献［5］要求。

4结束语

苯甲酸乙酯的制备本文对宜宾至昭通高速公路彝良(川滇界)至昭通段白水江特大桥主桥进行结构设计及有限元分析，各项指标均满足规范要求。通过作者分析研究可以为以后山区高速公路同类桥梁提供主动性参考依据。

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(上接第28页)

导，要立足于建筑规划设计对城市规划进行完善，提高城市规划设计工作的有效性。一方面，要针对城市区域规划的整体方向进行分析，以区域大环境建设需求开展建筑规划设计，增强个体建筑与区域环境逐渐的联系，使个体建筑能在彩、外观、格调方面形成于区域环境的契合，为完成城市规划创造便利。另一方面，规划设计人员要对城市整体发展和局部规划之间的关系进行重新处理，争取能从全局着眼，兼顾局部各个组成部分之间的功能关系，合理处理整体和局部之间的主次关系，尽量在建筑规划设计方面做到建筑局部与城市整体的有效衔接，提高城市规划设计的科学性和合理性，在提高城市规划设计综合质量的基础上，也逐步完成对城市生活区、商业区等局部空间的建设，最大限度的推动城市建设过程中实现协调发展的目标。

4结束语

综上所述，在经济发展水平和科学技术水平日渐提高的情况下，建筑规划设计和城市规划建设的重要性日渐凸显，二者的差异也会愈加明显，只有科学处理好二者之间的关系，发挥建筑规划设计对于城市规划建设的辅助作用，才能在城市规划方面突出重点，提高城市规划的综合质量，使其能更好地服务于城市建设工作，逐步打开城市建设新局面。

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