上承式空腹式钢筋混凝土拱桥设计

空腹式混凝土板拱桥梁荷载试验摘要：为了研究空腹式混凝土板拱桥梁在使用过程中的结构性能与受力状况,选用桥梁静、动载试验对桥梁静力与动力性能进行实桥检测,结果表明:主要控制测点应变和挠度的校验系数均小于1，说明桥梁试验孔正截面结构强度及刚度满足公路-Ⅰ级设计荷载的使用要求；该桥主跨实测最大冲击系数为1.21，大于理论计算值1.12，表明该桥桥面平整度状况较差；实测频率值为2.74Hz，大于理论频率值2.30Hz，且二者比值为1.19，表明桥梁结构动力性能良好，桥梁的振动性能较好,实测其振动特性及变化规律与理论计算值基本相符。

关键词：空腹式，荷载试验，拱桥分类号：文献标识码：文章编号：1前言为及时掌握桥梁结构存在的质量缺陷，通过测定桥梁试验孔控制断面在试验静荷载作用下的应变和挠度，并与理论计算值比较，检验桥梁实际结构控制断面应变与挠度值是否与公路-Ⅰ级荷载标准要求相符。

根据试验结果，对桥梁的整体结构强度、结构刚度、结构抗裂性进行评定，判断桥梁结构的实际承载能力。

本次荷载试验桥梁为上承式空腹式板拱结构，于1996年建成通车，主跨跨径为80m，桥面全宽9.5m。

2荷载试验（1）静载试验静力荷载试验结构校验系数ζ，是试验荷载作用下测点的实测弹性变位或应变值与相应的理论计算值的比值。

ζ值小于1时，代表桥梁的实际状况要好于理论状况。

式中：Se——试验荷载作用下主要测点的实测弹性变位或应变值；Ss——试验荷载作用下主要测点的理论计算变位或应变值。

根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011），采用荷载试验主要挠度和应变测点的校验系数ζ来评定结构的强度及刚度。

各工况满载作用下，主要控制测点应变和挠度的校验系数均小于1，说明桥梁试验孔正截面结构强度及刚度满足公路-Ⅰ级设计荷载的使用要求。

（2）桥梁冲击系数测试通过跑车试验，在梁底设置测试靶灯测点，测试跑车工况下梁底的动挠度并经过分析计算获得。

本次动载试验选择主跨跨中位置布置测试靶灯。

上承式钢筋混凝土空腹箱拱桥设计
钢筋混凝土空腹箱拱桥是一种常见的大跨度桥梁结构，具有结构稳定、承载能力大等优势。

上承式设计是其中一种常见的设计形式。

下面将详细
介绍上承式钢筋混凝土空腹箱拱桥的设计。

首先，在几何形状方面，设计师需要确定桥梁的主要几何形状参数，
如跨径、桥面高程、拱的形状等。

这些参数将直接影响到桥梁的受力性能
和外观形态。

受力分析是上承式钢筋混凝土空腹箱拱桥设计的关键一步。

在受力分
析中，设计师需考虑桥梁的自重、荷载、温度变形等因素对桥梁的影响，
进行静力分析，求解得到桥梁各个部位的受力情况。

材料选择是上承式钢筋混凝土空腹箱拱桥设计的另一个重要环节。

桥
梁的承载能力和耐久性主要依赖于材料的选择。

设计师需要考虑混凝土的
强度等级、钢材的规格等因素，并合理选择材料。

限制条件是设计中必须要考虑的因素之一、上承式钢筋混凝土空腹箱
拱桥的设计必须符合规范和约束条件，并满足桥梁的安全性、经济性和实
用性要求。

设计师需要根据实际情况，确定桥梁设计中的限制条件，并进
行相应的设计。

在上承式钢筋混凝土空腹箱拱桥设计过程中，还需要考虑桥梁的施工
和维护等因素。

合理的施工方案和维护措施，可以确保桥梁的质量和使用
寿命。

总之，上承式钢筋混凝土空腹箱拱桥的设计涉及到桥梁的几何形状、
受力分析、材料选择、限制条件等方面。

设计师需要综合考虑各种因素，
制定合理的设计方案，以确保桥梁的结构稳定、承载能力和经济性等要求。

同时，施工和维护等因素也应被充分考虑。

重庆木洞苏家浩大桥设计简介李琦;颜俊【摘要】重庆木洞苏家浩大桥为5拱相连的上承式钢筋混凝土箱形截面连拱桥.该桥建设条件特殊,景观要求高.介绍该桥的总体设计、结构构造、施工方法和景观设计,为同类桥梁设计提供参考.【期刊名称】《公路交通技术》【年(卷),期】2012(000)003【总页数】3页(P65-67)【关键词】连拱桥;钢筋混凝土箱型截面;景观设计【作者】李琦;颜俊【作者单位】招商局重庆交通科研设计院有限公司,重庆400067;西南交通大学土木工程学院,成都610031【正文语种】中文【中图分类】U4421 工程概况重庆木洞苏家浩大桥为5×80 m上承式钢筋混凝土箱形截面连拱桥，位于重庆市巴南区木洞镇下游约3 km处。

该桥横跨长江河汊，将三峡蓄水后形成的苏家浩孤岛与南侧的南涪公路相连接。

该桥建成后，不仅能够彻底解决苏家浩孤岛上居民的交通问题，而且还将加快苏家浩岛(桃花岛)旅游区的开发，同时对木洞片区和周边景区的经济和旅游开发起到综合带动和辐射作用，并成为重庆市麻柳沿江开发区建设的先头兵和亮丽风景线。

图1为该桥建成后的景观效果图。

图1 重庆木洞苏家浩大桥效果图2 主要技术标准道路等级:2级公路;设计车速:40 km/h;桥面宽度:23 m;桥面纵坡:1.3%;桥面横坡:1.5%;设计荷载:公路－Ⅰ级，人群荷载3.5 kN/m2;地震动峰值加速度:0.05 g;设计风速:基本设计风速为27.5 m/s;设计洪水频率:1/100;设计洪水位为189.1 m;通航标准:内河Ⅳ级航道，通航净宽45 m，净高8 m。

3 设计要点苏家浩大桥作为桃花岛商业旅游开发项目的一部分，设计者应综合考虑结构安全、景观设计、工程造价等多个关键因素，基于结构的性能目标，从全寿命设计的角度出发，完成合理的结构设计。

本桥设计关键点为:1)下部扩大基础的设计与施工;2)钢筋混凝土箱型拱圈的设计与施工;3)连拱桥吊装施工方案;4)大桥景观设计。

7.1 拱座施工7.1.3 施工方法和工艺7.1.3.1 施工方法图7-1-2 拱座施工工艺流程7.2缆索吊机施工7.2.1 工程概况7.2.1.2 缆索起重机组成本缆索起重机主要有固定式钢塔架、索鞍、承重索导挠系统、牵引导挠系统、起重索导挠系统、运行小车、定滑轮和动滑轮组、U形吊钩系，悬链式支索机构、承重索平衡机构、动力源(100KN单筒卷扬机4台、280KN双筒卷扬机4台)，电控系统、避雷系统、防航标灯系、各缆风绳和地锚系等。

7.2.1.3 工作原理1、纵向移动纵向移动实际上是牵引和回空运行。

在指挥人员指挥下卷扬机操作人员启动牵引卷扬机，绕入卷筒的牵引索经过一系列导绕后，在钢塔架两支点固结的索鞍导向滑轮组牵引悬挂式运行小车和起升机构，至需要的位置。

牵引索是“一进一出双绳制”。

2、升降运行升降运行，实际上是在跨中上下垂直运动。

在指挥人员指挥下，起重索从10吨卷扬机卷筒出绳(绳头固定端固定在定滑轮上)经导向轮，定滑轮、吊钩的动滑轮导绕后减速增力。

吊钩向下运动。

为了避免定、动滑轮组在下降时产生自销现象，采用“顺绕法”，(局部“花绕法”)。

在机构设计中定滑纶组上增设平衡轮，改善滑轮组中钢丝绳的受力关系，克服动滑轮自销和歪斜现象。

升降运行采用一绳制。

7.2.2 施工工艺流程图7-2-2 缆索起重机安装施工工艺流程7.2.3 1、缆索起重机安装（1）索塔塔架安装塔架立柱钢管采用法兰连接，钢管之间用万能杆件连接，钢管上焊接节点板。

相邻两个立柱之间设万能杆件横联，每隔40m 设一道。

索塔钢塔架采用“单件拼装摇头扒杆安装施工法”安装， 单件是指构成塔架的一条立柱，立柱采用φ800×16mm 钢管。

逐节向上拼装直至设计高度。

杆件逐件向上拼装高度达到设计图纸要求，在拼装过程中塔架每隔12m 设置一道临时缆风，当到达缆风绳位置时再设置永久缆风绳，中层缆风绳使用φ26钢丝绳，上层缆风绳使用φ42钢丝绳。

塔架安装的精度要求：塔架安装误差控制在±3mm 之内；支架纵横垂直偏图7-2-3 塔架标准节差不得大于3mm；栓连形位差不得大于±1.26mm。

上承式拱桥设计方案对比分析张清旭1㊀宁晓骏1㊀陈旭2㊀刘兴顺1㊀李启萌3㊀周兴林1㊀韩朝辉1(1.昆明理工大学建筑工程学院㊀昆明650500;㊀2.云南新创新交通建设股份有限公司㊀昆明650206;㊀ 3.云南省港航投资建设有限责任公司㊀昆明650051)㊀㊀摘㊀要㊀为了优化上承式拱桥的安全性能,提出了两种新型桥型,并以实际工程为背景采用有限元软件建立参数化模型进行力学分析㊂结果表明,飞燕上承式结构造型更美观,而刚架拱组合静动力性能更优,稳定性更高,在地震响应下结构更安全㊂所得结论为上承式拱桥的规划设计提供了参考㊂㊀㊀关键词㊀上承式拱桥㊀刚架拱组合㊀静动力性能㊀时程分析Comparative Analysis of Design Schemes for Upper Arch Bridges ZHANG Qingxu1㊀NING Xiaojun1㊀CHEN Xu2㊀LIU Xingshun1㊀LI Qimeng3㊀ZHOU Xinglin1㊀HAN Zhaohui1 (1.Faculty of Civil Engineering and Architecture,Kunming University of Science and Technology㊀Kunming650500) Abstract㊀In order to optimize the safety performance of the upper arch bridge,two new bridge types are proposed in this paper.The finite element software is used to establish the parametric model for mechanical analysis.The results show that the flying bird's upper bearing structure is more beautiful,the rigid frame arch combination has better static and dynamic performance and higher stability,and the structure is safer under earthquake response.The conclusions obtained provide a reference for the planning and design of the upper arch bridge.Key Words㊀upper arch bridge㊀rigid frame arch combination㊀static and dynamic performance㊀time history anal-ysis0㊀引言上承式拱桥因其桥面系构造简单㊁节省墩台圬工㊁桥上视野开阔以及施工便利等特点,在公路桥梁中得到了广泛应用㊂目前多跨上承式拱桥大多采用连拱的布置形式,缺乏结构方面的创新,且经济性有待提高㊂在拱桥结构创新方面,近年来有两种新颖桥型值得关注 飞燕拱和刚架拱[1-3]㊂飞燕拱是在中承拱两边加上副拱,使之呈飞燕状㊂刚架拱外形像斜腿刚架,是由刚架拱片和横系梁组成的超静定结构㊂在此基础上,本文以万荣南松河大桥为依托,提出关于多跨上承式拱桥的两种新颖桥型,即飞燕式上承拱和刚架拱组合桥,打破了飞燕式结构一般只应用于中承拱的惯例,并且深入研究了刚架和拱桥的组合体系㊂本文借助有限元软件Midas/Civil建立两种方案的实体模型进行对比分析,研究结构的静动力性能,得出最优选,为上承式拱桥的安全运营提供保障㊂1㊀工程算例1.1㊀工程概况万荣南松河大桥位于老挝首都万象至磨丁口岸高速公路上,桥中心桩号K108+340,为跨万荣河而设㊂桥址区属河谷平原,桥位区最高高程为228.00 m,最低高程为221.24m,相对高差为6.76m,高差较小,发育有阶地陡坎,坡高4m左右,地形平坦,交通便利㊂桥址区地表水体为南松河,河内有常流水,流向自北西向南东,水流湍急㊂枯季时节地表水量稍小,雨季时会淹没河漫滩㊂桥址处地下水主要为土层孔隙潜水和岩溶水㊂冲洪积粉质粘土孔隙小,含水量微弱,为弱含水层㊂桥址处灰岩岩溶强烈发育,岩溶水丰富,与孔隙潜水和南松河河水有较强的水利联系㊂1.2㊀方案比选根据地形和地质情况,提出飞燕上承式拱桥和刚架拱组合桥两种方案㊂(1)方案一:上部结构为(30+56+30)m飞燕式钢筋混凝土板拱,拱圈采用等截面抛物线无铰拱,计算跨径为56m,计算矢高为9.333m,计算矢跨比为1/6㊂拱圈截面为矩形实心板拱,矩形宽度为23.6 m,拱圈厚度为100cm㊂边拱圈由一半等截面抛物线拱和直线段组成,抛物线部分和主拱圈对称㊂结构示意如图1所示㊂㊃25㊃㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀工业安全与环保㊀㊀㊀㊀Industrial Safety and Environmental Protection㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2020年第46卷第9期September2020(2)方案二:上部构造设计为(29.293+55.55+29.293)m 上承空腹式钢筋混凝土板拱+刚架拱结构㊂拱圈采用等截面抛物线无铰拱,跨径55.55m,矢高9.186m,矢跨比1/6.04㊂边跨采用刚架拱结构,由立柱㊁梁及拱组成,梁顶部来平衡横坡㊂结构示意如图2所示㊂图1㊀飞燕上承式方案图2㊀刚架拱组合方案1.3㊀有限元模型本文采用有限元分析软件Midas /Civil 建立结构模型,主拱圈和立柱等均采用梁单元,施工阶段分为承台㊁墩㊁拱圈和立柱等阶段㊂地震动峰值加速度0.1g,基本烈度7度㊂飞燕上承式结构模型如图3所示,刚架拱组合结构模型如图4所示㊂图3㊀飞燕上承式结构图4㊀刚架拱组合结构2㊀静力分析静力分析主要研究结构在静力荷载作用下的反应,以便对结构静力工作性能进行评价[4-5]㊂本文主要从自重㊁二期恒载以及汽车活载等效静荷载组合作用下桥梁的反力㊁变形㊁内力与应力情况等方面进行分析,见表1所示㊂表1㊀静力分析结果模型反力/kN 位移/mm 内力/(kN㊃m)应力/MPa 飞燕上承式 4.53ˑ10473.26 2.63ˑ10521.42刚架拱组合4.86ˑ10436.921.27ˑ10524.09㊀㊀由表1可知,在反力方面,飞燕式的拱脚反力为4.53ˑ104kN,而刚架拱的拱脚反力为4.86ˑ104kN,前者比后者小了6.8%㊂在位移方面,飞燕式最大位移73.26mm,刚架拱最大位移36.92mm,前者是后者的1.98倍㊂在内力方面,飞燕式最大内力2.63ˑ105kN㊃m,刚架拱最大内力1.27ˑ105kN㊃m,前者是后者两倍多㊂在应力方面,飞燕式最大应力21.42MPa,刚架拱最大应力24.09MPa,后者比前者大12.5%㊂可见,飞燕式方案除了造型更加美观外,在拱脚反力和结构应力这两方面有优势,但不明显㊂刚架拱组合虽然反力和应力更大,但其在静力荷载作用下的位移和内力响应只有飞燕式的一半左右,所以就静力性能来说,相比较而言,刚架拱结构安全性更高且更经济㊂3㊀动力分析动力分析主要研究结构的自振特性,包括结构前几阶振型和频率[6-7]㊂本文采用Lanczos 法计算得到两种方案结构模型前10阶频率,如表2所示㊂表2㊀拱桥前10阶频率模态振型特征飞燕上承式频率/Hz 周期/s ㊀刚架拱组合频率/Hz 周期/s1主拱对称侧倾 1.860.542.890.352主拱竖向反对称挠曲 2.150.47 4.420.233主拱竖向对称挠曲 2.400.42 4.590.224主拱对称侧倾3.410.29 5.100.205主拱反对称侧倾 3.940.25 5.730.186主拱竖向反对称挠曲4.690.21 6.070.177主拱竖向对称挠曲5.270.197.550.138主拱竖向对称轻微挠曲6.870.157.850.129主拱竖向反对称轻微挠曲7.620.138.260.1110主拱竖向反对称扭转7.640.1310.150.10㊀㊀由表2可知,飞燕上承式结构的基频为1.86㊃35㊃Hz,刚架拱组合结构的基频为2.89Hz㊂刚架拱组合的基频更大,而且前10阶频率均比飞燕式同阶频率大㊂在第9阶频率二者最为接近,在第2阶频率二者差距最大,达到约2倍㊂从频率变化幅度的角度来看,两种结构频率上升速度均比较快,第10阶频率是基频的3.5~4倍左右㊂从动力反应的角度考虑,刚架拱组合结构稳定性更高,动力性能更优㊂4㊀时程分析本文利用Midas /Building 选取了符合该桥址处抗震设防等级的地震波TH12TGO35(1985,llo_100_a)[8-10],后面所有计算结果均是在该地震波作用下的㊂TH12TGO35地震波数据如图5所示㊂图5㊀TH12TGO35地震波本文选取TH12TGO35地震波作用下结构产生的位移㊁速度㊁绝对加速度与相对加速度这4个时程计算结果进行对比分析,如表3所示,多方位分析结构的地震响应情况㊂表3㊀时程分析结果模型位移/mm 速度/(m㊃s -1)绝对加速度/(m㊃s -2)相对加速度/(m㊃s -2)飞燕式25.160.6315.4215.34刚架拱4.260.7013.2912.01㊀㊀从表3可以得出,在TH12TGO35地震波作用下,两种结构的速度响应相差无几㊂飞燕上承式结构在地震作用下的绝对加速度和相对加速度分别为15.42,15.34m /s 2㊂刚架拱组合结构的绝对加速度和相对加速度分别为13.29,12.01m /s 2,分别比前者小13.8%,21.7%㊂此外,刚架拱的位移响应约为飞燕式的1/6,仅为4.26mm㊂从时程分析的角度来看[11-12],如果考虑位移响应,刚架拱具有毋庸置疑的优势㊂5㊀结论本文基于有限元理论,以实际工程为例,在传统飞燕式拱桥和刚架拱桥的基础上提出了飞燕式上承拱和刚架拱组合桥这两种新颖布置形式,打破了飞燕拱桥和刚架拱桥的应用惯例,并采用有限元软件对这两种结构进行整体建模,研究其静力性能㊁动力性能以及地震响应情况,为上承式拱桥的设计提供参考,结论如下:(1)飞燕式上承拱结构造型更加美观,拱脚反力和结构应力较小;刚架拱组合桥位移和内力响应优势明显,安全性更高㊂(2)两种结构频率上升速度均较快,刚架拱组合前10阶频率均比飞燕上承式同阶频率大,结构稳定性更高,动力性能更优㊂(3)在地震波作用下,就位移响应来说,刚架拱组合的位移约为飞燕上承式的1/6,具有明显优势㊂参考文献[1]赵鹏,何涛.一座上承式钢筋混凝土系杆拱桥设计[J].公路交通科技(应用技术版),2012,8(11):59-61.[2]袁安富.贝雷梁在拱桥搭架现浇施工中的应用[J].城市建设理论研究(电子版),2017(34):185-186.[3]闫广鹏.大跨径钢管混凝土拱桥拱脚应力分析[J].交通科技,2017(3):37-39.[4]张洪川.钢管混凝土拱桥动力特性及地震响应分析[D].兰州:兰州交通大学,2012.[5]岐峰军,骆佐龙,姚远,等.高墩刚构桥悬臂施工稳定安全性评估[J].山东农业大学学报(自然科学版),2018,49(3):504-507.[6]应旭永,许福友,张哲.大跨度拱桥主拱肋风载系数的大涡模拟[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2016,40(5):809-814.[7]汪琴,刘秋新.面向MAS 的大跨径梁桥挂篮施工安全监控方法研究[J].工业安全与环保,2019,45(6):45-48.[8]吴克川.地震作用下防屈曲支撑减震结构附加有效阻尼比计算及变化规律研究[J].振动与冲击,2016,35(2):146-152.[9]吴晓杰.迫龙沟特大桥主梁牵索挂篮安全性验算与分析[J].工业安全与环保,2017,43(8):31-34.[10]付光辉,张生东.基于Midas /Civil 有限元软件对钢拱桥整体推移过程的仿真研究[J].钢结构,2019,34(4):116-119.[11]周晓靖,汪磊,尹小涛,等.基于简化模型的某特大拱桥拱座承载安全评价[J].交通科学与工程,2018,34(3):12-19.[12]邹建豪,卫星,温宗意,等.高速铁路上承式钢管砼拱桥地震响应差异比较[J].工程抗震与加固改造,2019,41(1):89-95.作者简介㊀张清旭,男,1994年生,硕士研究生,研究方向为桥梁与隧道工程㊂(收稿日期:2019-08-09)㊃45㊃。

某大桥缆索吊系统的设计与施工某大桥桥型为连拱拱桥，其拱圈和桥面板结构均采用无支架缆索吊吊装施工，其余拱上结构为现浇施工。

文章对该桥的缆索吊系统设计方案进行了描述，同时对缆索吊系统的施工做了阐述，供各位同行交流参考。

标签：缆索吊；设计；施工1 工程概况本桥横跨长江河汊，全桥长度469m，桥梁全宽23m，主桥采用上承式混凝土拱桥，跨径组成为：4×80m+87m，主拱圈为箱形板拱，引拱为36.4m空腹式现浇拱。

2 缆索吊装系统的设计（如图1所示）缆索吊系统的组成：（1）塔架：架体选用M型万能杆件组拼而成；岛侧塔架高73.3m，公路侧塔架高53.3m，横向宽28m，纵向宽4m。

（2）锚碇：岛侧每组锚碇设置4根直径1.6m钢筋砼锚桩，公路侧每组锚碇设计6×12φ15.24钢铰线锚索，锚索锚入基岩中的深度25m。

（3）钢索：钢索选材详见表1。

3 缆索吊装系统的施工3.1 缆索系统安装工艺流程（如图2所示）3.2 塔架基础施工及塔架安装3.2.1 塔架基础施工。

公路侧塔架为整体板式基础，基础尺寸为26×6.5×1.8m。

岛侧塔架基础为分离式板式基础，共设置3个，两侧塔架基础尺寸为4×6.5×1.8m，中间塔架基础尺寸为6×5m×1.8m。

两侧塔架基础砼标号为C30。

塔脚埋设φ32mm 地脚螺栓进行栓接。

3.2.2 塔架安装。

塔架材料为M型万能杆件，拼装时利用独脚拔杆配合卷扬机滑车组提升万能杆件。

在索塔拼装过程中，设置临时稳定风缆，待固定风缆安装完成后拆除。

3.3 主锚碇施工岛侧锚碇要求基底及侧壁承载力不小于0.25MPa。

公路侧主锚碇锚位置为斜坡面，开挖后应保证最低点位置C40垫梁的锚固（即垫梁顶面不悬空），否则应在保证后拉索水平夹角变化不大的前提下，对锚碇的标高及桩号进行一定调整；锚碇施工先开挖出前后倾斜面，后倾斜岩层面最低点斜高不小于 2.5m，将新鲜岩层面冲洗干净，然后紧贴岩层面浇筑高2.5m、厚1.2m的垫梁C40砼，同时注意锚下钢筋网及索套管的精确预埋和定位（必要时设置架立筋）；砼养生达到设计强度后，利用潜孔钻钻孔至设计锚孔深度，制作并及时安装锚索，灌注微膨胀水泥砂浆，待砂浆强度满足设计要求后，张拉锁定锚梁、安装钢索锚固滑轮和悬索吊装系统。