論文(伊龍)(終審修改)

1、洛陽(yáng)市伊龍大橋的設(shè)計(jì)施工與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)綜述姜鵬 栗勇 李盼到（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院）【摘 要】 伊龍大橋是一座造型獨(dú)特的城市景觀橋梁。主橋采用單索面異形拱橋，跨徑布置為60+120+50=230m。橋梁外觀設(shè)計(jì)新穎，與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)，集交通功能與美觀于一體。本文主要分為工程概述、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及特點(diǎn)、創(chuàng)新技術(shù)及施工要點(diǎn)四大部分。著重介紹了該橋的結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計(jì)構(gòu)思、主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)置以及設(shè)計(jì)過程中采用的新穎的設(shè)計(jì)方法，并結(jié)合整體計(jì)算模型及局部受力分析部分結(jié)果來(lái)簡(jiǎn)要說(shuō)明本工程結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)。【關(guān)鍵詞】 異形拱橋 拱梁組合 混合式主梁 錨固區(qū) 鋼混結(jié)合段1 工程概述伊龍大道是聯(lián)系洛陽(yáng)市伊川縣濱河新區(qū)西區(qū)與東

2、區(qū)以及白元鎮(zhèn)的東西向的一條景觀交通性要道，伊龍大橋是伊龍大道上跨伊河的一座景觀橋。主橋結(jié)構(gòu)采用單索面異型拱橋，主橋跨徑布置為60+120+50=230m，兩側(cè)引橋采用2x30m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，橋梁全長(zhǎng)350m。（圖1）圖1 橋型布置示意（單位：m）大橋位于伊川縣南端，為伊川縣城的門戶所在，與南面群山遙相相望，山水景觀資源良好。橋梁景觀從氣勢(shì)恢宏的山體造型中汲取設(shè)計(jì)靈感，力求展現(xiàn)出一種富于動(dòng)感、活力、力量的造型特征。因此本橋構(gòu)思采用異型拱橋勾勒出連綿群山狀，橋梁曲線優(yōu)美，景觀自然，不與群山爭(zhēng)風(fēng)。（圖2）主橋采用梁拱組合體系，由梁和拱共同承擔(dān)荷載，一方面充分利用了梁的承載能力，另一方面減輕了

3、拱肋、吊索的承載負(fù)擔(dān)，使拱肋和吊索在造型和景觀上有了更大的發(fā)揮空間。 a. 日景 b. 夜景圖2 橋梁效果圖2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及特點(diǎn)2.1 拱肋在常規(guī)的中承式拱橋設(shè)計(jì)中，拱肋設(shè)計(jì)為整個(gè)結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)之一，本橋同樣不例外。在拱肋設(shè)計(jì)過程中，為了更好的體現(xiàn)異型拱帶來(lái)的優(yōu)美曲線和靈動(dòng)效果，主拱肋采用單索面鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。下部V墩采用橫向與主梁底同寬的片形墩形式。拱肋為鋼筋混凝土構(gòu)件，橫橋向一片，布置在中央隔離帶范圍內(nèi)，立面呈“三角形”。整個(gè)拱肋由梁上拱肋及梁下V型墩組成，三個(gè)拱肋分別高25m、47m、20m。拱肋與混凝土主梁固結(jié)，梁上拱肋橫橋向?qū)挾葹?.5m，梁下V型墩橫橋向?qū)挒?8.4m寬。（圖3）a. 主

4、拱肋橋上部分 b. 主拱肋橋下部分圖3 主拱肋結(jié)構(gòu)（單位：m）2.2 吊索吊索采用整束擠壓拉索體系，呈不規(guī)則扇形布置，中跨設(shè)置9根，邊跨各3根，全橋共15根。為解決吊索在拱頂集中錨固問題，在拱頂預(yù)埋了10cm厚異形鋼板，吊索通過鋼板錨固于拱肋上。吊索張拉端位于主梁箱室內(nèi)，相應(yīng)位置設(shè)置鋼筋混凝土齒臺(tái)或鋼錨箱。2.3 主梁主橋中跨跨徑為120m，主梁采用混合梁型式。其中，中跨吊索區(qū)設(shè)置78m鋼箱梁以減輕自重負(fù)擔(dān)；其余梁段為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，并與下部V墩固結(jié)以抵抗中跨非對(duì)稱結(jié)構(gòu)帶來(lái)的強(qiáng)大變形。主梁橫向采用抗扭性能好的箱型斷面，橋?qū)?2m，梁高為2.5m。圖4 主梁斷面（單位：cm）混凝土主梁采用單箱

5、七室箱型結(jié)構(gòu)。頂、底板厚0.25m，直腹板厚0.5m，斜腹板厚為0.25m。為減少主梁重量，主梁采用3.38m大懸臂。鋼主梁采用單箱三室全焊鋼箱梁，正交異形板結(jié)構(gòu)。設(shè)置4道腹板，中腹板厚30mm，邊腹板厚16mm，頂?shù)装搴?4mm，頂?shù)装錟型加勁肋厚8mm。吊索處橫隔板厚度14mm，非吊索處橫隔板厚度12mm。（圖4）2.4 鋼混結(jié)合段 a.斷面圖 b.平面圖圖5 鋼混結(jié)合段示意圖（mm）結(jié)合段設(shè)計(jì)是混合梁的關(guān)鍵部位，要求其對(duì)各種荷載產(chǎn)生的軸力、彎矩、扭矩和剪力的傳遞順暢可靠，在荷載作用下具有一定的承載安全貯備，剛度過渡良好，耐久性好，抗疲勞性能好，力求減小應(yīng)力集中。本橋鋼梁段與混凝土梁段相接

6、處，設(shè)置鋼、混結(jié)合段，長(zhǎng)2m。結(jié)合段處鋼梁腹板及剛度過渡板伸入混凝土梁段，在混凝土梁端尾部設(shè)置25mm厚承壓板；最外側(cè)鋼梁腹板及鋼梁頂、底板及承壓板設(shè)置直徑22mm，高15cm剪力釘，其余腹板及剛度過渡板上開60mm孔，內(nèi)設(shè)直徑22mmHRB335鋼筋，形成PBL剪力鍵1。結(jié)合段兩側(cè)分別設(shè)置5m（砼側(cè)）、2.2m（鋼側(cè)）剛度過渡段，其中混凝土側(cè)剛度過渡通過截面變化實(shí)現(xiàn)，鋼梁側(cè)通過設(shè)置剛度過渡板實(shí)現(xiàn)。（圖5）3 創(chuàng)新技術(shù)3.1 拱梁組合體系力學(xué)行為與設(shè)計(jì)方法圖6 主橋有限元分析模型伊龍大橋采用的“索輔梁橋”的設(shè)計(jì)理念，這也是本工程最大的的設(shè)計(jì)特點(diǎn)?！八鬏o梁橋”的優(yōu)點(diǎn)是改變了一般拱橋以拱肋與吊索為

7、承受荷載的主體結(jié)構(gòu)的理念，而是先充分利用梁體本身的承載能力，不足之處再用索力來(lái)補(bǔ)充，這樣既可以降低造價(jià)，另外由于拱肋與吊索只承受一部分荷載，也為其在造型上提供更廣泛的空間。伊龍大橋拱肋基于“索輔梁橋”的理念，僅需承擔(dān)部分部分荷載，因此構(gòu)件尺寸更加纖細(xì)，更加美觀。拱肋改變了傳統(tǒng)的拱橋受力形式，拱軸線并非常規(guī)的懸鏈線、拋物線，而是采用較為新穎的三角線形，吊索集中錨固于拱頂區(qū)域，以達(dá)到較好的景觀“山”形效果。大橋成橋狀態(tài)主跨吊索承受該跨60%的恒載，其余40%的恒載由梁體承受，運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下拱肋、吊索與梁體共同承擔(dān)活載。整體計(jì)算模型采用midas civil建立（圖6）。拱肋、V墩及主梁采用空間梁?jiǎn)卧?/p>

8、擬，拉索采用桁架單元模擬，主梁采用截面特征值計(jì)算器模擬（圖7），樁側(cè)土約束采用m法等效土彈簧剛度用節(jié)點(diǎn)彈性支承模擬。a. 鋼主梁截面b. 混凝土主梁截面圖7 主梁截面模擬示意圖為詳細(xì)考量結(jié)構(gòu)橫橋向受力以及V墩與主梁連接部分應(yīng)力狀況，所以選取受力較大的小樁號(hào)側(cè)V墩進(jìn)行實(shí)體分析。主要考察V墩與主梁及承臺(tái)連接位置、V墩本身及主梁特殊部位受力情況。局部模型采用midas FEA建立（圖8），采用4面體+6面體網(wǎng)格劃分，荷載采用整體計(jì)算模型結(jié)果內(nèi)力值。核算結(jié)果均能滿足結(jié)構(gòu)安全需要2，本文不再贅述。圖8 局部計(jì)算模型示意圖3.2 拱頂錨固區(qū)設(shè)計(jì)本橋吊索在拱頂區(qū)域錨固過于集中，無(wú)法按常規(guī)方式在拱肋上錨固。若

9、拱頂區(qū)域采用鋼拱肋，為避免應(yīng)力集中問題鋼拱肋構(gòu)造設(shè)計(jì)將十分復(fù)雜，且增加了拱肋鋼混結(jié)合段，大大增加施工難度。因此，為解決吊索在拱頂集中錨固問題，在拱頂預(yù)埋了10厘米厚異形鋼板，吊索通過鋼板錨固于拱肋上。預(yù)埋鋼板開60mm孔，內(nèi)設(shè)直徑22mmHRB335鋼筋，形成PBL剪力鍵來(lái)承擔(dān)吊索拉力1。（圖9）通過空間仿真模型分析，錨板有效應(yīng)力較大值出現(xiàn)在索孔及錨板與砼接觸位置，最大應(yīng)力值為123Mpa；該部分拱肋混凝土縱橋向壓應(yīng)力12Mpa，橫橋向2Mpa，均能滿足規(guī)范要求3，可見該種錨固方式安全可靠。（圖10圖12） 圖9 拱頂鋼板布置（cm） 圖10 10cm錨板應(yīng)力圖（MPa） 圖11 縱橋向拱頂砼

10、應(yīng)力（MPa） 圖12 橫橋向拱頂砼應(yīng)力剖分（MPa）3.3 鋼混結(jié)合段設(shè)計(jì)本橋主梁設(shè)計(jì)采用混合梁，即主跨吊索區(qū)采用鋼梁，其余梁段采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁。主跨采用鋼梁減輕了拱肋、吊索的承載負(fù)擔(dān)；邊跨采用混凝土梁，增加了邊跨主梁重量，從而增大了結(jié)構(gòu)整體剛度，有效地發(fā)揮了鋼和混凝土材料的特性。混合梁在拱橋中首次采用，其關(guān)鍵的鋼混結(jié)合段成為結(jié)構(gòu)的受力關(guān)鍵部位之一。4 施工技術(shù)要點(diǎn)本橋主要采用滿堂支架形式施工。主要流程為先施工下部結(jié)構(gòu)及主梁，然后在主梁上搭設(shè)支架施工拱肋，拱肋合攏后張拉吊桿。其中以V形墩施工難度較大。12344.1 V形墩施工要點(diǎn)本橋V型墩混凝土體量較大，平均1200m³左右。加

11、上左右肢均有傾角，澆筑時(shí)對(duì)支架會(huì)產(chǎn)生很的水平推力。根據(jù)V墩結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及現(xiàn)場(chǎng)的施工條件，制定以鋼管樁為臨時(shí)支墩的支架法進(jìn)行施工，支架基礎(chǔ)采用混凝土基礎(chǔ)，鋼管樁支立角度與墩身垂直（圖13）。模板采用大塊預(yù)制鋼模以保證V墩的外觀質(zhì)量。混凝土一次性澆筑完成。圖13 V墩施工臨時(shí)支架示意5 結(jié)語(yǔ)依托伊川濱河新區(qū)的總體規(guī)劃，伊龍大橋的設(shè)計(jì)與建設(shè)從周邊環(huán)境中汲取靈感，為古老的伊河量身定做的，充分滿足了橋梁設(shè)計(jì)“安全、適用、經(jīng)濟(jì)和美觀”的要求?？偨Y(jié)該橋設(shè)計(jì)的特點(diǎn)如下：（1）創(chuàng)新的采用“三角形”拱肋線形，形成“連綿群山”的景觀效果，橋型結(jié)構(gòu)新穎。（2）索輔梁橋設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用：荷載由拱肋與主梁共同承擔(dān)，為拱肋在造型上提供更廣泛的空間。（3）混合梁的應(yīng)用：邊跨采用砼主梁，中跨采用鋼主梁，有效的發(fā)揮了各自的材料性能。伊龍大橋是結(jié)構(gòu)依從景觀創(chuàng)