大跨度中承式钢桁架拱桥初步设计的体系优化资料下载.pdf

大跨度中承式钢桁架拱桥初步设计的体系优化资料下载.pdf

《大跨度中承式钢桁架拱桥初步设计的体系优化资料下载.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大跨度中承式钢桁架拱桥初步设计的体系优化资料下载.pdf（5页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

体系优化中图分类号U448224文献标识码B文章编号10021205（2007）060l1005SystemOptimizationofLongspanHalf-throughSteelTrussArchBridgeinPreliminaryDesignStageCHENGBin，WUBinxuan，ZHUANGDongli，XIAORucheng（DepartmentofBridgeEngineering，TongjiUniversity，Shanghai200092，China）Keywordslongspan；

half-throughsteeltrussarchbridge；

systemwithoutthrust；

supportrestrictionlayout；

systemoptimization钢桁架拱桥具有外形美观、刚度大、稳定性好、用钢量小、跨越能力较大等优点。

已建和在建的钢桁架拱桥，国外主要有澳大利亚的悉尼港湾桥（主跨503m）、美国俄勒冈州的弗里芒特桥（主跨383m）以及韩国首尔的傍花大桥（主跨540m），国内的代表是九江长江大桥（主跨216m）、万州长江大桥（主跨360m）和重庆朝天门大桥（主跨552m）。

随着桥梁向大跨度方向的发展，以及人们对桥梁造型提出更高的要求，钢桁架拱桥正逐渐成为100600m跨径范围内颇具竞争力的桥型。

本文以天津海河上的首座钢桁架拱桥国泰桥为背景，重点介绍该类桥在初步设计阶段进行体系优化的有关问题。

1工程背景国泰桥为城市主干道，设计车道数为双向四车道，设计车速为50kmh，行车道设计荷载为城一A级，非机动车道及人行道人群荷载标准值为35kNm。

设计通航水位15m，通航等级为六级。

主桥标准横断面宽度为315m。

两片平行的钢桁架拱肋横向间距为245m，采用变高度N形桁架，高度由支点处的1866m变化至跨中的4m。

拱肋桁架上、下弦拱轴线采用不同的二次抛物线。

主桥两端设置四个桥头堡，便于行人通过堡内楼梯上至桥面人行道过河，或上至拱上走道观光游览。

拱肋之间用K字型纵向平联连接。

拱肋弦杆采用箱形断面，普通腹杆为工字型断面，拱脚附近的加强腹杆采用箱形断面，纵平联均为工字型断面。

系梁为箱形断面，桥面采用正交异性钢桥面板，75mm厚沥青混凝土铺装，桥面荷载通过小纵梁和横梁传至系梁。

吊杆采用单根PE护层高强钢丝索，全桥共30根，吊杆间距8m，吊杆长度5423m。

主桥结构钢材选用Q345qD，有效减小用钢量和结构自重，并保证结构低温时受冲击荷载作用的抗裂安全性。

拱上走道等辅助结构采用Q235钢。

除拱肋的腹杆与弦杆、平联与弦杆、平联与平联之间通过高强螺栓连接外，拱肋杆件和桥面系均采用焊接连接。

国泰桥初步设计的原方案（方案一）由国外设计单位提出，主桥结构采用桁式拱肋钢主梁的单跨收稿日期20061228。

作者简介程斌（1979一），男，江西横峰人，博士研究生，工程师，主要从事大跨度桥梁结构理论研究。

维普资讯http:

/第6期程斌，等：

大跨度中承式钢桁架拱桥初步设计的体系优化中承式固端拱桥。

主拱圈单跨跨径148m，矢高30749m，矢跨比1481。

通过在系梁内设置水平拉索来平衡拱结构产生的水平推力。

方案一体系简图见图1。

图1方案一体系简图在对方案一进行深入分析和研究的基础上，提出了优化方案二。

方案二充分保留了原方案的桥型、造型、景观、功能，将主桥改为三跨连续结构，桥跨组合为13m+146m+13m，主跨拱圈矢高29924m，矢跨比1488。

拱肋下弦的约束形式由固端改为铰支，上弦端部约束取消。

取消系梁内拉索，利用系梁自身的抗拉能力来平衡拱结构的水平推力。

方案二体系简图见图2，全景图见图3。

量而萎：

I9：

UtoIb8l00X864000I8000X8640009OPOl13odo146。

00013obo图2方案二体系简图2结构体系比对图3国泰桥全景图21支承约束原方案采用固端拱桥，为有推力体系，且局部杆件弯矩很大，拱脚约束改为铰支后，不但释放了拱肋下弦的巨大弯矩，还使整体结构无论是恒载情况，还是在活载和温度荷载作用下，都彻底变成了无推力体系，这对软土地基上的拱桥来说是至关重要的。

22基础原方案的桥头建筑承担对拱肋上弦的约束，其基础与主桥基础合并设计，在桥头建筑偏心荷载作用下，承台基础内力分布不明确。

在施工阶段，可通过不断调整设置在系梁内的水平拉索索力，使得拱肋上弦锚固于桥头建筑产生的拉力与拱肋下弦对拱座基础的推力互相平衡，这样能保证基础底面在恒载状态下无推力，但成桥之后的活载和温度荷载都会对基础产生很大的水平推力，且该水平推力和拱肋支点处的竖向反力都会对基础底面形成弯矩作用，这将直接导致基础工程投资的大幅增加，同时在技术上对基础的设计也是非常不利的。

方案二将拱脚约束设为铰支后，彻底释放了所有工况下的水平推力，基础仅受轴向压力，设计简单、安全，非常适合天津地区的软土地基。

同时，取消了桥头建筑对拱肋结构的约束之后，桥头建筑基础与主桥基础分离设计，受力明确。

对比计算表明，方案一承台混凝土用量为7645m，采用55m长的18m直径钻孔灌注桩共64根（混凝土用量9975m），而方案二承台混凝土用量仅为4280m，节约44，且采用53m和54m长的15m直径钻孔灌注桩各32和34根（混凝土用量7098m，节约29）。

可见，方案二在基础造价方面的优势是非常显著的。

23拱肋方案二在主跨基本不变的情况下，将单跨主桥改为三跨连续结构，同时将主桥结构和桥梁建筑脱离，使得拱肋结构的传力路径明确平顺，受力趋于合理，轴力分布更加均匀，且拱肋杆件的局部弯矩也大幅减小。

经过计算优化，可将原方案拱脚处由于弯矩过大而设置的3根加强下弦杆件取消，按一般下弦断面即可满足应力要求，但方案二中支点处的拱维普资讯http:

/112公路工程32卷肋三角区由于受力复杂，需将相应的腹杆加强，且在中支点和边支点之间需增设1根强斜撑。

综合来看，两个方案在拱肋造价上区别不大。

24系杆和桥面系原方案为有推力体系，为了减小温度效应的影响，桥面系在靠近拱肋下弦交点的部位设置了2道伸缩缝，这样，只有通过在每侧系梁内设置4根32束的平行钢绞线水平拉索，以平衡拱结构的水平推力。

方案二为无推力体系，温度效应可直接释放，主桥桥面系无需设置伸缩缝，可直接利用系梁的受拉来发挥系杆的作用。

对比计算表明，在不改变系梁断面大小的情况下，方案二充分利用了系梁的抗拉强度，节约了水平拉索的造价，更具经济优势。

原方案的桥面系伸缩缝设置在拱一梁节点的河内侧，拱一梁节点之间的系梁搁置在拱梁节点的外伸牛腿上。

同时，水平拉索必须穿越伸缩缝，构造要求高，施工难度大，且主桥伸缩缝的设置还影响了车辆通行的平顺程度和舒适性。

方案二则成功解决了这个难题。

25桥头建筑桥头建筑是国泰桥整体造型的点睛之笔，也是人行过河的通道。

原方案采用了混凝土剪力墙结构，为了平衡桥头建筑底部由于拱肋上弦水平拉力产生的弯矩，需在1m宽度范围内的混凝土内布置大量预应力钢束，同时还需进行上弦杆件在桥头建筑内的抗拔设计和下弦杆件在桥头建筑内的抗弯锚固设计。

方案二保持桥头建筑外形不变，取消桥头建筑对拱肋上弦的约束，并取消竖向预应力。

同时，为实现桥头建筑与主桥结构的脱离，将桥面以下主梁宽度（1m）范围内的剪力墙取消，桥面以上则改为内空的混凝土悬挑结构，成桥后将桥面以下的边跨结构用外装饰覆盖。

两种方案的桥头建筑造型一致，但和原方案相比，方案二具有无须设置竖向预应力、自重小、弦杆锚固要求低等优点。

两个方案的优缺点汇总见表1。

3结构力学性能本工程总体静力分析采用同济大学桥梁工程系BAP程序（平面模型）和韩国MIDASCivil程序（空间模型），按一次落架成桥设计计算。

空间模型中，吊杆