提篮式钢管混凝土拱桥结构要点分析.pdf

s一 一 一 提篮式钢管混凝土拱桥结构要点分析 袁 鑫 ，李学伟 ，黄 川 ( 攀 枝花学 院 土 木工程学 院 ) 摘要 ： 根据松岙大桥桥位处岩石承载力较高 的特点 ， 采用推 力式提篮式 钢管混凝土拱 桥 ， 通过 对该桥结构设 计要点分析 ， 表 明该桥设计方案能较好地满 足该桥位处岩石承载力较高的受力要求和整体稳定安全 。 关 键 词 ： 提 篮 式 钢 管混 凝 土 拱 桥 ；承 载 力 ；稳 定 安 全 O 引言 拱桥是 我国公路 上使用 广泛且历 史悠久 的 一种桥 梁结 构型式 ， 它外形 宏伟壮观 ， 且经久 耐 用 l 一 。拱 座作 为压 弯结构 ， 随着跨径 的增大 ， 高强材 料的应 用受 到稳 定问题 的制约 。钢筋混凝 土 和预应力混 凝土 拱桥 由于 自重大 ， 施 工架设 问题 突出 ； 高强材料 的应 用 和无支 架 施 工 的困难 ， 制 约了拱桥 的发展 ， 而钢管 混凝 土应用 于 拱 桥能 同时解决 了拱桥 的材料高 强化 和拱 圈施 工轻 型 化 的两大 问题 。 舟 山市 长 峙 至岙 山 公 路 工 程松 岙 大桥 起 自松 山 岛 ， 跨越松 岙 航 道 至岙 山 岛 。设 计 速 度 ： 6 0 k m h ， 桥 梁设计 荷载 ： 公 路一I I 级 ， 桥 梁 全 长 3 4 3 m， 起 点桩 号 K5 +0 0 2 0 0 ， 终 点桩号 K5 +3 4 5 0 0 。桥跨 布置 为 8 m ( 桥 台) +2 l 6 m+2 6 0 m+2 l 6 m； 其 中 2 l 6 m 为空心 板 ， 主桥 为 2 6 0 I n的提篮式 钢管混凝 土拱 桥 ， 使 核心混凝 土受 到钢 管 的约 束 ， 在 承受 轴 向压 力 时发 生 的侧 向膨胀 受到 限制 ， 而处 于三 向受压状态 ， 从 而具 有 比普 通钢筋 混凝土 大得多 的承载能 力和变 形能力 。 1 主桥 结构 主桥 采用提 篮式 钢 管 混凝 土 拱桥 ， 根 据 桥 位处 岩 石 承载 力 较 高 的特 点 ， 采 用 推 力 式 拱 桥 。 主跨 跨 径 2 6 0 m， 理论矢高 4 8 m( 考虑了预拱度的影响) ， 成桥 后矢 高为 4 7 7 6 4 m， 矢跨 比为 1 5 4 4 3 。两桁 拱肋拱 顶处 拱 轴 线 中 心 距 7 m， 起 拱 点 处 拱 轴 线 中 心 距 为2 O 4 9 2 IT I 。 1 1 拱座 拱 座采用 钢 筋 混凝 土 结 构 ， 混 凝 土 为 C 3 0级 ， 根 据 松 山岛岸和 岙 山岛 岸 岩层 高度 不 同， 两岸 拱 座大 小 不 同 ， 底 面设计 成 阶梯 形 ， 以利 于拱 座 与地 基 的传 力 。 松 山 岛岸拱 座长 1 0 4 m， 高 8 5 8 2 m， 岙 山岛岸拱 座长 1 3 5 m， 高 l O 2 8 2 m， 两 岸拱 座 宽 均为 5 m。拱 座迎 拱 面与起拱 点 的拱轴 线 垂 直 ， 拱 座 中心线 方 向沿 起拱 点处 拱轴线 的切线 方 向。拱脚基底 须进入 弱风 化凝灰 岩不 小于 2 0 m， 拱座前 缘横 向设桩 作竖 向支撑 ， 位置 与拱肋对应 ， 以改善拱座前缘 的受力、 提高边坡稳定 性 、 保证拱 座 的受力安 全 。 收稿 日期 ： 2 0 0 9 1 1 2 4 3 8 上踢么赡 N O 1 2 0 1 0 图 1 桥梁总体布置图 ( mm) 包 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2 拱肋 本 桥主拱 肋采 用钢 管混 凝土桁 架 拱肋 。钢 管拱 肋 主体结 构 、 拱 上 横梁 拱 段 连接 构 件 、 拱 上 立 柱钢 管 ， 临 时拱铰 预埋 钢板及 吊杆 锚具 垫板 等 采用 Q3 4 5 C钢 材 ， 无 缝钢 管及其 它 钢构件 采用 Q2 3 5 C钢材 ， 拱 肋 和立 柱 钢管采 用直缝 管 。 ( 1 ) 拱肋 线型 拱 轴线 形 状 直 接 影 响 主 拱 截 面 内力 的 分 布 和 大 小 。选 择拱轴 线 的原则 就是尽 可 能降低 由于荷 载产 生 的弯矩 值 。最 理想 的拱轴 线 是与拱 上各 种荷 载 的压 力 线 吻 合 ， 即 合 理拱 轴 线 圈 。但 因为 主 拱 受 到恒 载 、 活 载 、 温度 变化 和材 料收缩 等 作用 ， 事实 上是 不可 能 获得 这样 的拱轴线 。上 承式 实腹 或空腹 圬 工拱桥 的拱轴 线 一 般采 用悬链 线 。本桥 主拱 肋采用 悬链 线 。 主拱肋 制 造 时不 考虑偏 角 的影响 ， 按平 行拱 制造 ； 制造 时 拱轴 线 f ， 广 0 一 方 程 为 h l 走 一 ， 式中 一 l n ( m + 、 一1 ) 3 ， 主桥计算跨度 L一2 6 0 m， 厂 一4 8 c o s 8 。 一 一一 4 8 4 7 1 7 IT I ， 拱 轴 系数 一1 1 5 。拱肋 安 装 后 的线 型 为拱 肋制 造线 型绕 两岸起 拱 点的连 线 向内倾斜 8 。 。 ( 2 ) 拱 肋 断面 两 片桁 拱 肋 均 采 用 四根 主钢 管 压 注 自密 实 混 凝 土 。 自密 实混凝 土是 在低 水胶 比下具 有高 流 动性 而不 离析 、 不泌水 ， 能够不 经振 捣靠 自重 流平并 充满 模 型 和 包裹 钢筋 的新 型混凝 土 ， 保 水性 和黏 聚性 良好 ， 坍 落度 2 2 0 mT I Tl ， 扩 展度 6 0 0 mm， 硬 化 混凝 土具 有 微膨 胀 的性 能 j 。单桁 拱肋 为平 行 四边形 ， 桁高 4 m( 上 下 弦 管 中心距 ) ， 桁 宽 1 8 m( 左 右 侧 弦 管 中 心距 ) ， 弦管 外 径 + 8 0 0 mm， 壁厚 分两 种 ， 拱 脚段 为 f 一2 0 mm， 中间拱 段 为 t 一1 4 mm。 拱肋设 上 下平 联 及腹 杆 ， 平联 及 腹 杆 均 采用 空 心 钢管 ， 与 弦管焊 连 成 整 体 。主 拱肋 共 划 分 1 1 个 拱 段 ， 各拱 段连 接采 用 全焊 式 连 接 方式 ， 拱 段 连 接 首先 采 用 M2 4 螺 栓 定位 ， 然后 采 用 工地 对 接 ， 焊 连 上下 端 弦 管 与连 接钢 管 ， 可 以较好 提 高整体 稳定 性 ( 见 图 2 ) 。 ： 编号 患 主拱呖节点细节f -勾 造阁 图 2 拱肋桁 架一 般构 造图( mm) 1 3横撑 和横 梁 主拱肋 上共 设 置 了七 道 横 撑 横 撑 采 用 钢 管 桁 架 结构 ， 与拱肋 固结 ， 特点是 刚性大 ， 自重轻 ， 强度高， 中 问还 可 以灌 注混 凝土 ， 形成 特殊 、 紧箍 式 混凝 土一 钢柱 1 7 0 0 0 2 结 构 ， 具 有 良好 的 承 载 轴 力 、 弯 矩 和抵 抗 水 平 力 的 性 能 。横 撑主桁 钢 管采用 5 0 0 x 1 0 mi n ， 腹 杆 钢 管采 用 3 。 O 8 mm， 横 撑 的连 接 采 用 工地 焊 接 ， 连 接 钢 管 采 用 击 5 2 O 1 0 I T l m。主拱肋 上 共 设 四道 拱 上横 梁 ， 拱 上 N 。 1 2 0 1 0上冯 么魄 3 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m s一 一 横 梁分连 接段和 后 期安 装 段 ， 其 中连 接段 与 主拱 肋 同 时制造并 一起安 装 ， 连接 段 通 过焊 接 与 主拱 肋形 成 固 结 ， 后期安装 段与 连接段采 用栓接 。 1 4拱上 立柱 1 横梁 上设 置 拱 上 立 柱 ， 拱 上 立 柱 采 用 6 0 0 1 4 mm圆钢 管形成 ， 内填 C 5 0微膨 胀混凝 土 ； 每道 横梁 上设 两根钢 管 ， 两钢 管中心 间距 7 0 1T I ； 立 柱 下端 与支 承板周边 焊接并 四周增设 加劲 板 ， 支 承板 与 1 横梁 顶 板周边焊 接 。立 柱钢管 上端布置 竖 向钢筋 伸 人柱顶 盖 梁 内。拱 上立 柱 上 端 支 撑 盖 梁 ， 盖 梁 梁 高 1 6 m， 宽 0 7 1 T I 。拱上梁 柱 施 工 时 两端 引 桥 已 架设 完 毕 ， 主 拱 钢管混凝 土拱肋 已 完成 ， 利 用拱 肋 作 梁柱 施 工承 力 结 构 成为可 能 。 1 5吊点 横梁和 吊杆 吊点横 梁 采用 预 应力 混 凝 土结 构 ， 横 梁长 1 8 m， 跨 中梁高 2 2 m， 梁宽 0 7 m， 采 用 实体 断 面。横 梁顶 面布 置应适应空 心板设 置方式 ， 即 中部 1 2 5 m宽 为水 平 ， 两侧 设置 向下 2 的坡度 ； 横梁两 端 3 2 5 5 m 范 围 内的底 面倾斜 8 。 以形成与 吊杆 中心相垂直 的底 面。 吊 点横梁 内布置 2束 7 1 5 2 mm 和 2束 9 1 5 2 mm 的钢绞线 ， 波纹管成 孔 ， 后 张法工 艺 。吊点 横梁 首先 在 工 地预制 ， 存 放 三个 月后 吊装就位 。 吊杆采用 成 品索 ， l 、 2和 1 、 2 号 吊杆 设 计 采 用 OV ML Z M7 7 3 吊杆 ， 上 下 锚 头 为 可 转 动 式 锚 头 。 其它 吊杆采用 OV MI Z M7 7 3 I型 吊杆设 计 。 吊杆 索 采用 7 mm 镀 锌钢 丝 ， 每 束 7 3丝 。钢 丝 的抗 拉 强 度 为 1 6 7 0 MP a 。钢丝之 间空隙用防腐油脂填充饱满。 吊杆索采用 双 层 P E套 防腐 体 系 ， 内层 为黑 色 P E， 外 层 为乳 白色 P E。P E护 套 外用 + 1 8 0 1 2 i n m 不 锈 钢 管包 裹 。 1 6桥面预 制板 桥面板 采 用 预制 空心 板 ， 桥 面板 的跨 度为 1 0 m； 预 制长度两边 跨度 为 9 7 4 m， 中间各跨 度为 9 6 1T I ； 拱 上 2 横梁及各吊点横梁处设置 4 0 c m宽的现浇段 ， 待 桥面板 吊装就位后 浇筑 现浇段 以形成结 构连续 。桥 面 板 横 向共 9块 ， 其 中中板 宽 1 2 4 m， 边板 宽 1 6 2 m， 各 预制板 间设 1 C I I 1 的板缝 ， 用 水 泥 砂浆 填缝 ， 桥 面板 高 度 4 5 c m。桥面 板 铰缝 待 桥 面板 安 装 就 位 ， 水 泥砂 浆 填缝 后浇筑 。 2桥 面连续 和支座 2 1 桥 面连续 4 0 上 么缘 N o 1 2 0 1 0 由于经 济的快速 发展 ， 汽车交通 量越来越 大 ， 重 载 汽车越来 越 多 ， 车速 也越 来 越快 。为 了保 证 和提 高 行 驶速度、 运输安全和行车舒适 ， 桥梁孑 L 与孔之间的接缝 以及和桥 头路 面之 间 的接 缝 ， 越来 越 成为 一 个突 出 的 问题 。许 多桥 梁接 缝损 坏 ， 桥 头路 面沉 陷 ， 跳 车 ， 甚 至 伤人 伤车 ， 损 坏 车 上 运 载 的 货 物 ， 形 成 了道路 上 的一 害 。因此 必 须 做 好桥 面连 续 缝 。该 桥 主桥 桥 面 板 及引桥桥面板均设置桥面结构连续层 ， 桥面结构连续 层板厚 1 0 e li 1 ， 内设连续段负弯矩钢筋和防裂钢筋网。 桥面连续 层共 分三 个 板块 ， 分 别 在 2 、 3号墩 顶设 置 断 缝 ， 断缝 宽度 同 预制 空 心板 间 板缝 宽 一样 。在主 引 桥 交接墩处 ( 即 2 、 3号墩 顶 ) 设 置 梳齿 型伸 缩缝 ， 伸 缩量 为 1 2 0 mi l l 。两端桥 台胸墙与 空心板 间 2 c i n的缝隙采 用 沥青膏 填 充 ， 从 而 确 保 高 速 行 驶 、 运 输 安 全 和 车行 舒适 。 2 2支座 全桥均 采用板式 橡胶 支座 。板 式橡胶支 座 由多层 橡胶 与薄 钢板镶嵌 、 黏合 、 硫 化而成 。其 中 1 、 4号 墩顶 设置 G J Z型 ， 其它各 墩及桥 台处设 G J Z F 4型 。每 块预 制板一 端 设 置 两 个支 座 。主桥 和 引 桥 上支 座 均 采 用 板式 橡胶支座 ， 其 中 1 ， 4号 墩顶 设置 G J Z型橡 胶支 座， 其它位置设置 G J Z F 4型橡胶支座。板式橡胶支座 均采 用氯 丁橡胶 支 座 ， 具有 足 够 的竖 向 刚度 承受 垂直 荷载， 能将上部构造的压力可靠地传递给墩台， 有 良好 的弹性 以适 应梁 端 的转 动 ， 有 较大 的 剪切 变形 以 满足 端部构 造 的水 平位 移并有 构造简单 、 安全方便 、 节 省钢 材、 价格低廉 、 养护简便， 易于更换等特点， 有 良好的防 振作用 ， 可减少动载对桥跨结构与墩台的冲击作用。 3桥墩 和桥 台 3 1 桥 墩 为 了更好 的使横 向动 力性 能满 足 正常 行 车要 求 ， 并且 避免一些 桥 墩组 成 梁 墩耦 合体 系后 ， 其梁 跨横 向 振 幅往往显著 增大 ， 危及行 车安全 ， 该 桥引桥 采用 了轻 型双柱 墩 。墩 柱采 用 圆形 墩 ， 直 径 为 1 1 m； 墩 柱 顶 设 置 帽粱 ， 帽梁长 l 1 7 5 m， 宽 1 3 m， 高 1 6 5 r r l ； 帽梁 顶 面分 两级 ， 两级高 差 3 5 c m 以适应 主 引桥 面板 高度 的变化 。桥墩 基础及 墩身 采用 C 3 0混凝 土 、 桥墩 盖梁 采 用 C 3 O混凝 土 。 3 2桥 台 该桥 两岸桥 台均采 用 U 型桥 台 ， 桥 台宽 1 2 m( 与 路面 同宽 ) ， 0 号 桥 台长 8 r n ， ( 下转第 5 6页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一s 在交通 标志前 后 3 0 r n以内的范 围 内， 眩 光的影 响尤其 明显 ， 应 当避免 在交通标 志此距 离范 围内 出现 强光 源 ， 特别是 在道路转 弯处应避 免有强 光源 出现在驾 驶员 视 线 内。 参考文献 ： 1 唐贾梅公路反光 标志夜 间可 见性 研究 J 公 路交通 科 技 1 9 9 7， 1 4 ( 3 ) ： 4 8 5 4 2 苏文英反光膜 逆反射 性能综 述 J 交 通标准 化2 0 0 6 ， (1 5 9)： 6 2- 6 5 E 3 杨志清服务于安全运营管理 的高速公路 网信息 系统 D 上海 同 济 大学 2 0 0 8 E 4 潘晓东， 林雨 郭雪斌 ， 方守恩逆光条件下交通标志的可视 距 离研究 J 公路交通科技2 0 0 6 ， 2 3 ( 5 ) ： 1 1 8 1 2 0 5 P a u l J C a r l s o n E v a l u a t i o n o f c l e a r v i e w a l p h a b e t wi t h mi c r o p r i s ma t i c r e t r o r e f l e c t i v e s h e e t i n g s R T e x a s T r a n s p o r r a t i o n I n s t i t u t e Th e Te x a s A8 M Un i v e r s i t y S y s t e m Co l l e ge St a t i o n，2 001 6 T o m S c h n e l l ，L o r a Ye k h s h a t y a n ，R o n D a i k e r ，a n d J e f f Kon z Ef f e c t o f Lu mi na n e e o n I n f o r mat i o n Ac q ui s i t i on T i me a n d Ac c u r a c y f r o m T r a f f i c S i g n s J T r a n s p o r t a t i o n Re s e a r e h Re c or d，2 00 9，n 2 1 22 7 Ma c e ，D J ，Ki n g ，R B ， D a u b e r ， GW ， S ig n L u mi n a nc e Re q ui r e me nt s f or Va r i ou s Ba c k gr ou nd Compl e xi t i e s J P r o c e e d i n g s o f t h e Hu ma n F a c t o r s S o c i e t y ，1 9 8 4 ， v 1 8 F o r b e s ， TWL u mi n a n c e a n d C o n t r a s t f o r S i g n L e g i b i l i t y a n d C o l o r Re c o g n i t i o n J T r a n s p o r t a t i o n R e s e a r c h R e c o r d1 9 76，n 61 1 9 S c h i e b e r ，F r a n k ，G o o d s p e e d ，C h a r l e s H I V Ni g h t t i me c o ns pi c ui t y o f hi gh wa y s i gn s a s a f u nc t i o n of s i gn br i ght n e s s ， b a c k g r o u n d c o mp l e x i t y a n d a g e o f o b s e r v e r C P r o c e e di ng s o f t he 4 1s t Ann u a l M e e t i n g of t h e Human Fa c t or s a n d Er g on o mi c s So c i e t yPa r t 2 ( of 2 )。 1 9 97 1 o G B 5 7 6 8 1 9 9 9道路交通标志 和标线 s ( 上接 第 4 O页) 5 号桥 台长 1 l m。根据 岩层 变 化情 况 ， 0号桥 台一 侧 设 置三道扩 大基础 ， 另一侧设 置一道 扩大基 础 ， 且两侧 基 础顶面不 同高 。5号 桥 台设 置 一 道 扩 大 基础 ， 桥 台 基底须 埋人弱 风化凝灰 岩不 小于 0 5 m。桥 台 台后 设 置 6 m 长 的 搭 板 ， 搭 板 为 钢 筋 混 凝 土 结 构 ， 板 厚 3 0 c m。它 一方面支 承桥跨结 构 ， 另 一方面又 起衔接 台 后 路堤 的作 用 。U 型桥 台构造 简单 ， 建筑材料 丰富 ， 能 就地取材； 台背内用填料填筑， 并作为桥台自重的一部 分 ， 起 增强桥 台抗 倾 覆 和抗 滑 稳定 性 作用 。两 岸桥 台 右侧设 置浆砌 片石护坡 ， 左侧 由于地 面坡降 大 ， 采 用挡 土墙 。 4 结 语 ( 1 ) 本 桥主桥采 用提篮 式钢管 混凝土拱 桥 ， 根据 桥 位处岩石承载力较高的特点 ， 采用推力式拱桥， 拱轴采 用悬链 线 ， 较 好 降低 由于荷 载产 生 的弯矩 值 。该 方案 能较好 地满足该 桥位处 岩石承 载力较 高的受力 要 求 和 变形 能力 。 ( 2 ) 两桁拱肋均采用 四根主钢管内灌 自密实混凝 土 。 自密实 混凝 土是在低水 胶 比下具有 高流动性 而不 离析 、 不泌水 ， 能够不经振捣靠自重流平并充满模型和 5 6 上冯么缘 N 。 1 2 0 1 0 包裹 钢筋 的新 型混凝 土 ， 保水 性 和黏 聚性 良好 。 ( 3 ) 主拱 肋上共设 置 了七 道横撑 ， 横撑采 用钢 管桁 架 结构 ， 与拱肋 固结 ， 特 点是 刚性 大 、 自重轻 、 强 度 高 ， 中间还可 以灌注 混凝 土 ， 形成 特殊 、 紧箍 式混 凝 土一 钢 柱 结构 ， 具 有 良好 的 承 载 轴 力 、 弯 矩 和 抵 抗水 平力 的 性 能 。 ( 4 ) 边板 预制宽 度 的变 化 在边 板 悬 臂 长度 上进 行 了调整 ， 使 桥 面板型式 和线性 比较好 地结合 在一起 ， 能 较 好地满 足该桥 整体稳 定性要 求 。 参 考文献 ： 1 顾安邦 ， 孙 国柱 。拱 桥 ( 上 册) M 北 京 ； 人 民交 通 出版 社 ， l 9 9 4 2 J T G 1 3 0 1 2 0 0 3 ， 公路工程技术标准I s E 3 J T G D 6 0 2 0 0 4 ， 公路桥 涵设计通用规范I s C 4 冯乃谦 ， 邢锋 高性 能混凝土 技术M 北 京 ： 原子能 出版 社 ， 2 0 0 0 5 J T G D 6 2 2 0 0 4 ， 公路 钢筋混凝 土及 预应 力混凝土 桥涵设 计规范 s 6 J T J 2 7 5 2 0 0 0 ， 海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范I s 7 宋少华 对桥面连续缝破坏 的探讨 J 华东公路 ， 1 9 9 9 ( 2 ) 8 王立峰 公路 桥梁板式橡胶支座施工质量控制要点 J 交通 世 界 ， 2 0 0 8 ( 2 3 ) 学兔兔 w w w 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