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1、先拱后梁法钢管混凝土系杆拱桥设计陈宏(上海市政工程设计研究院,上海200092)摘要:结合上海市青浦区蒸浦大桥设计,提出先拱后梁法施工钢管混凝土系杆拱桥在设计过程中应考虑的几个问题,并根据其特点提出施工工艺。关键词:钢管混凝土拱;系杆拱桥;结构设计;施工工艺中图分类号:U448.225文献标识码:A文章编号:100927716(2004)04200542031工程简介2主桥结构特点及现场施工条件下承式钢管混凝土系杆拱桥主要由圆形钢管1.1工程概况大蒸港蒸浦大桥位于上海市青浦区黄娄村以北、泖洋港以西、蒸浦渡口附近,是蒸四公路中跨越大蒸港的一座桥梁。桥位处江面宽110m,航道为Ⅳ级航道
2、,住在两岸的居民一直摆渡过江,这不仅让居民出行十分不方便,也限制了两岸的经济发展,因此蒸浦大桥的建设成为当务之急。通过对钢管混凝土系杆拱桥在航道通航要求、景观要求、工程造价、施工的难易性及其他主要方面与其它桥型比较,最后选用了下承式钢管混凝土系杆拱桥方案。该桥全长441.9m,主跨为75m下承式钢管混凝土系杆拱桥,两岸引桥为跨径25m、22m预应力空心板梁,在河岸两边桥墩处,各设置1座上、下楼梯,以方便居民过桥。1.2技术标准荷载:汽车-20级,挂车-100,人群荷载3.0kPa。桥面宽:主桥为11.6m,引桥为9.6m,其中车行道均为7m,其余为人行道。纵横坡:桥梁纵坡为3.5%
3、,横坡为1.5%。桥上凸型竖曲线半径R=3500m。设计温度力:升降温差按Δt=±30℃计。通航标准:Ⅳ级航道。抗震设防标准:按地震烈度6度设防。混凝土拱肋、预应力混凝土系梁、吊杆和桥面系组成,属于内部超静定、外部静定的自锚式结构。拱桥的拱肋、系梁与端横梁固结,端结点是该桥的关键部位,它不仅是梁拱的连接点,纵向预应力的锚固点,同时也是确保拱肋空间稳定性,由强大端横梁的抗弯刚度提供的嵌固点,受力复杂,配筋量大。根据拱肋与系梁的相对刚度不同,系杆拱桥分为刚性系梁刚性拱、刚性系梁柔性拱和柔性系梁刚性拱,可根据跨径及施工方法选用不同的型式。该桥为中等跨径的桥梁,选用刚性系梁刚性拱,不仅使系
4、梁和拱肋的内力分配较均匀,受力较合理,外形尺寸协调优美,同时又能满足不同施工阶段的要求。计算跨径L=75m,矢高f=14m,矢跨比1/5.36,拱轴线按二次抛物线规律变化,系梁为带悬臂的空心箱形截面。桥面宽由两个车道7.0m和两片拱肋以及两侧各宽1.3m的人行道组成,全宽11.6m。为减少系梁局部弯距,中横梁与吊杆位置一一对应,每隔5m设置一道,为提高整体稳定,拱肋之间设置6道Φ800钢管风撑。桥的设计与施工方法有关,同一座桥,施工方法不同,其成桥后的内力不同,同时要考虑桥梁的结构需满足各施工阶段的要求。系杆拱桥施工方法有先梁后拱法和先拱后梁法,由于该桥处航道繁忙,不能断航,所以只
5、能采用河中无支架的先拱后梁法施工。先拱后梁施工方法需先安装拱肋,然后再安装系梁、桥面系。在拱肋安装后,必然产生水平推力,而此时系梁还未安装就位,无法承受收稿日期:2004201206作者简介:陈宏(19672),男,安徽金寨人,工程师,从事结构设计来承受水平力。由于采用无支架施工,拱肋、系梁、中横梁、桥面板均陆地预制,然后吊装就位,所以工序多,需控制好各阶段的内力。主桥总体布置如图1。倾稳定分析是关键,对各种荷载组合及各施工阶段进行计算,其稳定系数均大于5,满足要求。(3)根据该桥所处位置不能断航的特点,采用了先拱后梁的施工方法。按照施工顺序进行了三个阶段的内力和变形计算。第一阶段
6、为空钢管吊装后,第二阶段为钢管灌注混凝土后,第三阶段为系梁吊装后。(4)根据先拱后梁的施工特点及吊杆技术指标,计算出拱肋预拱度及梁安装高程。3.2主桥结构构造3.2.1拱肋对以轴向受压为主的拱肋,采用钢管混凝土结构,不仅能发挥复合材料的优势,而且钢管在施工过程中,可以兼作骨架和模板,配合混凝土高压泵送新工艺,大大简化施工过程,提高施工速度。拱肋采用直径1.0m,壁厚16mm的圆形断面,Q345c桥钢。为保证拱肋内混凝土密实性,在拱肋内灌注C50微膨胀混凝土。为防止拱肋因过高压应力而使钢管形成壳体局部失稳及吊装、运输过程中变形,在纵向、横向设加强钢板,板厚10mm,纵向设置10道,横
7、向间距为1.5m,为防止横向钢板两侧在泵送混凝土时,不能到达,成死角,影响管内混凝土密实度,在横向钢板上开孔,直径50mm。3.2.2系梁预应力混凝土系梁为带悬臂的空心箱形截面,全桥有二根系梁与二根拱肋相对应,不仅用来平衡拱肋产生的水平力和承受由活载产生的局部弯距,也是桥面的主梁,通过系梁将横梁、桥面板连接在一起,提高了桥面刚度,对整体稳定起重要作用。系梁高度为1.7m,端部由于有较大的主弯距(竖向弯距)及扭矩,梁高增至2.335m,箱梁宽为1.2m,顶板0.25m,
