一种新型外倾式钢管系杆拱桥的设计

       古镇镇沙水路（十水线）道路工程（华廷路至同兴路段）人工湖景观桥主桥设计方案采用主跨80m外倾式钢管系杆拱桥,主拱断面为哑铃形，外倾16°,人行步道置于拱肋顶平面，通过拱肋上设置的竖杆提供支撑。主拱矢高为12.5m,矢跨比f/L=1/6.4，其中面内矢高为13.0m,矢跨比f'/L=1/6.154。

       外倾式钢管系杆拱桥两片拱肋向外侧倾斜，与内外侧吊索、桥面系构造形成空间稳定体系。拱肋材质采用Q345qD，拱座底部内灌C50混凝土，主梁采用梁高1.6m钢箱梁。吊杆采用高强钢丝成品索吊杆，间距5米。这种桥型外观新颖，富有空间曲线美及力度感，具有明显的技术特点。其拱肋承担压力，系杆抵抗拱端推力，内外侧吊索与桥面系结构承担桥面荷载，并形成三角构造为拱肋的非保向力效应，增加了拱肋的稳定性。本桥拱肋还能直接承受人群荷载，实现人车混合通行，节约了材料，极大的发挥了拱肋承载能力强的特点。

       主梁、主拱、副拱、风撑采用梁单元模拟，吊杆采用桁架单元模拟。结构离散成451个节点，463个单元，其中413个梁单元，50个桁架单元。各部位边界条件，根据结构实际情况进行模拟。主梁与主拱、主拱与副拱刚接。由于桩基穿过较厚淤泥层，不考虑淤泥层对桩基的约束作用，桩基固结在8米桩长处。

计算模型如下所示：

1）、结构自重

       主梁、主拱、副拱、风撑等按截面面积由程序自动计算。其中，混凝土容重取26KN/m3，钢材容重取78.5KN/m3。

2）、二期恒载

       主梁上二期恒载包含铺装、人行道、护栏、管线等设施，共计为44.2KN/m。

3）、混凝土收缩、徐变

       按《公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）附录F采用。

4)、温度荷载

       体系温度：混凝土结构体系升温20℃，混凝土结构体系降温20℃；钢结构体系升温30℃，钢结构体系降温30℃。梯度温度：主梁的梯度温度按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60－2004）中4.3.10的第3条考虑。

5)、基础沉降:不均匀沉降按照各墩间10mm沉降量计算。

6)、活载（基本可变荷载）：公路-I级（双向8车道）；空间加载；冲击系数按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60－2004）中的4.3.2执行；人群荷载按照3.5KN/m2加载。

荷载组合原则：按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）执行。

主梁验算按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）执行。

       正常使用极限状态下主拱应力（按短期效应组合） 

       可见，在正常使用状态，主拱应力最大值为170MPa，满足规范要求。

       正常使用极限状态下主梁应力（按短期效应组合）

       可见，在正常使用状态，主梁应力最大值为-53.3MPa ，满足规范要求。

  a、汽车荷载作用下的最大位移：

       恒载作用下，主梁最大位移46mm，汽车荷载作用下，主梁的最大位移为25mm。主梁刚度满足规范要求。

       吊杆的最大应力为654MPa，最大应力幅68MPa,满足规范要求。

 结语：该桥结构设计完全满足现行桥梁设计规范，而且造型美观新颖，它为城市景观桥梁建设的提供了一个好的选择。

注意：上文图片文字主要来源于《一种新型外倾式钢管系杆拱桥的方案设计》，作者王艺，2017年2月发表于《工程技术》，刊号：CN 50-9210/TB ISSN 1671-5586