连续梁拱组合景观桥结构设计浅析

刘冠冲　赵李强　王亮

摘要：梁拱组合体系桥是将主要承受压力的拱肋和行车道梁组合起来共同承受荷载，充分发挥拱肋和行车道梁的共同作用来达到节省材料的目的，其桥型也较为美观。

关键词：连续梁拱组合；景观桥；结构设计

引言

梁拱组合体系桥是将主要承受弯矩的主梁和主要承受压力的拱肋组合起来共同协作承受荷载作用，可以充分发挥组合构件和材料的特性，结构受力合理，经济性能好。这种组合体系桥梁由于受拉系梁的预应力平衡了拱肋产生的水平推力，因此对地基的适应能力较强，且施工方法简洁快捷、线条流畅及结构轻盈美观，特别适合于修建在沿海地区和城市跨河商务区。但是，其结构受力的复杂性成为很多设计人员需要考虑的因素。

1连续梁拱组合体系桥概述

连续梁拱组合体系桥是以连续梁为基体，采用拱来加强，分担梁的弯矩，梁内配置纵向预应力筋，以平衡拱对梁产生的水平力，在边跨拱肋与中跨拱肋交点处，在拱座位置上两者水平力基本上处于平衡，其微小差量由中间支座摩阻力承担，当不设支座时由柔性墩承担。剪力主要由拱轴力的垂直分力承担，一般情况下，剪力不再控制断面设计。梁的纵向预应力筋一般全桥统一布置，采用直束的形状，减少预应力筋的摩阻损失，同时长束节省锚固设施，降低造价。连续梁拱组合体系桥与连续梁桥比，降低了材料指标，特别是腹板的混凝土材料以及预应力束的锚具等，同时也克服了拱桥存在外部超静定水平约束，对地基要求较高的缺点。

（1）上承式连续梁拱组合体系桥。受力特点为：加劲梁承担拉力及局部弯矩，拱肋承担轴压力及弯矩，拱肋轴力的垂直分力承担剪力-立柱传递压力。空腹范围内加劲纵梁产生的拉力与拱内水平分力组成力矩，平衡截面内的连续梁弯矩，同时连续梁中墩附近的高度依靠拱来加大，使跨中弯矩减小，中墩处负弯矩产生的梁内拉力由预应力平衡。一般边跨与主跨之比为（0.5～0.7）：1，适用经济跨径范围为50-120m。

（2）中承式连续梁拱组合体系桥。一般由三跨组成，包括二个半拱、一个全拱和通长的加劲梁，其间设置立柱和吊杆。力学特点：在负弯矩区用桥面以下两组主拱腿来加强，在桥面以上正弯矩区用一组拱肋来加强，连续刚梁不仅承担弯矩与剪力，而且还需以轴向拉力来平衡拱的推力。一般边跨与主跨之比为（0.25-0.5）：1。由于中承式连续梁拱组合体系桥结构布置合理，造型美观，施工方便，是目前我国在梁拱组合体系桥的设计与建造中采用较多的一种桥梁形式，其适用经济跨径在60-250m范围。

（3）下承式连续梁拱组合体系桥。实际上为三跨变截面连续梁，中孔用全拱来加强。力学特点：梁拱的弯矩按刚度分配，通过拱的加强，显著地减小了中跨主梁的弯矩。使得加劲梁的建筑高度可以大幅度减小，两个边跨由于受到中孔拱的刚度影响，减少了正弯矩的负担，扩大了负弯矩的区域，有利于配置预应力束。适用经济跨径在40-120m范围，

2连续梁拱组合景观桥结构设计要点

2.1工程概况

鄂尔多斯市伊金霍洛旗景观桥梁呈南北走向，桥梁范围道路中心线为直线+圆曲线段，根据景观方案要求，桥梁采用上承式钢结构拱桥，全长59.256m，桥宽30.80m。伊金霍洛旗的地质基础是侏罗纪和白垩纪的水平岩层，地下水岩相变化十分剧烈，中生界和新生界地层发育、分布普遍。岩层大部分为砂岩和砾岩，岩层疏松，易于风化。桥位处地质状况较好，桥梁采用重力式基础。道路等级位城市次干道，计算行车速度为40km/h，桥梁设计荷载为城-A级，抗震设防标准为基本烈度6度，工程区域地震动峰值加速度为0.05g。

2.2桥型布置

桥梁采用上承式钢拱结构，拱桥跨径为44.87m，桥宽30.80m，共设6片拱肋，拱肋间以“米”宇型横向联系相连，桥面板采用钢正交异性板，拱上每侧设6排立柱，立柱上与横梁相连；桥两侧接重力式钢筋混凝土桥台。

2.3设计要点

主拱跨径43.275m（算至拱肋入拱座位置），矢高4.226m，矢跨比1/10.24，拱轴线采用圆弧线，圆弧半径57.2m，断面为工字型，高750mm，宽850mm，上下翼板及腹板皆采用30mm厚钢板，每2m设横隔板一道，与立柱相对应。拱底部设外包钢筋混凝土拱座，拱肋入拱座后即为直线。主拱左右各设6排立柱，立柱断面为空心椭圆形，宽200mm，高lOOmm，壁厚12mm。全桥设7种、共13道小纵梁，小纵梁采用工字型断面，底宽采用300 mm，高度范圍436.4mm～659mm，腹板采用12mm厚钢板，底板采用厚度16mm钢板。全桥共设23道横梁，间距约为2m，横梁采用工字型断面，腹板厚度12mm，底板厚度16mm。拱肋间共设5道横向联系，横向联系均采用“米”字型，横向联系采用工字型断面，高500mm，翼缘宽300mm腹板厚12mm，翼缘厚16mm，横向联系杆件间连接及横向联系与主拱的连接均采用施工方便，外观流畅的焊接整体式节点板。桥面板采用钢板厚为14mm，下设“u”型和“L”型纵向加劲肋，其中行车道范围内为“u”型加劲肋，间距为606mm，人行道范围内设“u”型和“L”型加劲肋，“u”型加劲间距为738mm，“L”型加劲间距为400mm。本桥采用钢筋混凝土重力式基础。基底嵌入岩层不小于50cm。

2.4计算分析

计算分析采用Midas/Civil进行模拟，根据结构对称性，计算模型建立了1/4桥梁构件。主拱、立柱、拱间横向联系采用梁单元模拟，桥面系中横梁、纵梁、桥面板、桥面加劲采用板单元模拟。可变作用通过设置虚拟梁传递到桥面。拱脚与桥台铰接，桥面板与桥台连接处设置竖向支撑约束。汽车荷载采用城A级，按双向四车道考虑横向折减系数；计算考虑了整体升降温为+28℃和-20℃；桥台沉降为2cm。

在基本组合作用下，主拱最大应力为106MPa，靠近中跨的立柱最大应力为115MPa，拱间横向联系杆件的最大应力为42 MPa。恒载作用下结构的最大变形为11mm，活载作用下结构最大位移为12 mm，满足规范相关要求。拱脚处最大水平推力为3318kN，竖向力为1 200 k N。桥面板与桥台相接处采用密布的四氟板橡胶支座，单个支座反力最大190kN。

3连续梁拱组合景观桥结构施工设计

3.1钢梁焊接

钢结构的主要构件由承载构件、加劲构件、连接构件组成，包括关键的受拉部位、易断裂部位、主要局部稳定部位。对接焊缝必须按规范要求开具相应的“v”型坡口，各焊缝高度应符合规范要求：焊接不应有裂纹和沿焊缝边缘的未熔合、溢流、烧穿、假焊、未填满的火口以及超出容许限度的气孔、夹渣、咬肉等；自动焊或半自动焊采用的焊丝和焊剂，应分别符合相关国家标准，选用的焊丝和焊剂应与主体金属强度相适应。

3.2钢梁防腐涂装

钢结构防腐与涂装应采用性能可靠、附着力强、耐候性好、防腐蚀强，成熟可靠、其使用期保证在20年以上的涂装材料。本桥采用电弧喷铝为主要防腐涂料，方案为电弧喷铝、环氧云铁封闭漆，聚氨酯面漆。

3.3下部结构

由于承台混凝土体积大，浇筑混凝土应注意水化热的影响，做好降温措施，避免发生温度收缩产生裂缝。台后填土要求采用透水性好的土，并且分阶段分层进行回填。

结束语

综上所述，在连续梁拱组合体系桥中，拱肋能显著提高主梁的竖向刚度，具有较大的竖向刚度和较好的动力性能，与同跨度连续梁桥相比，可采用更小的建筑高度。连续梁拱组合结构，通过拱肋的造型设计和主梁外观的改观，具有较好的景观效果，在景观要求较高的城市桥梁中，不失为一种较为合适的桥跨结构。