文章编号：1673 -6052(2017)03 -0030 -05
北方交通
2017年第3期
DOI： 10.15996/j. cnki. bfjt.2017.03.009
斜靠式系杆拱桥设计与施工要点
孙林林
(苏交科集团股份有限公司南京市210017)
摘要：以实际工程为背景，利用Midas软件建立有限元模型，对斜靠式系杆拱桥进行了静力分析和稳定分 析。结果表明:斜靠式系杆拱桥在成桥阶段、运营阶段静力验算满足规范要求，结构整体稳定性满足规范要求。最 后，对斜靠式系杆拱桥主要施工工艺作了介绍。
关键词：斜靠式系杆拱;静力分析;稳定性分析;Midas软件;施工要点 中图分类号：U448. 22 + 5
文献标识码：B
随着社会的进步，人们对桥梁的景观要求越来 越高，斜靠式系杆拱桥是集交通与景观于一体的城 市新型桥梁，以其结构新颖、造型美观而深得市民的青睐⑴。
本文介绍了一座斜靠式系杆拱桥，通过对该桥 施工阶段、成桥状态以及运营状态的静力计算和稳 定计算，验证该设计方案的合理性及安全性;本文介 绍了斜靠式系杆拱桥的施工要点，其成果可为同类 桥型设计、施工提供参考。1
结构设计
主桥上部采用斜靠拱式系杆拱结构，主桥跨径 为108m，验算跨径为106m，桥梁总宽42 ~52m。
主桥为主、斜拱水平力自平衡体系，主拱肋及斜 拱肋均采用全焊矩形钢箱结构，主拱拱圈采用二次 拋物线，验算跨径为106m，矢高为23m，矢跨比为 1/4. 6。主拱圈采用2050mm X 2000mm正方形截面， 顶底板厚度28 ~ 32mm，腹板厚度28 ~ 32mm，拱圈 内部每边设置4道I型纵向加劲肋。
斜拱拱圈采用二次抛物线，平面内验算跨径为 l〇6m,斜面内矢高为23. 325m，矢跨比为1/4. 56。 主、斜拱在竖直面内夹角为19.41°，斜拱轴线比主 拱轴线低lm。斜拱圈采用1450mm x 1450mm矩形 截面，顶底板厚20 ~ 24mm，腹板厚度20 ~ 24mm，拱 圈内部每边各设置2道I型纵向加劲肋。为保持桥 梁侧面视角的美观性，斜拱拱肋向桥面以下继续延 伸，直至落地，并设置拱角基础。
22.1
主、斜拱吊索均采用平行高强钢丝成品索，吊索 纵桥向间距为3m。
桥面系由钢梁和混凝土桥面板组成。钢梁由主 拱系梁、斜拱系梁、内外端横梁、内外中横梁、挑梁、 纵梁等组成。
主拱系梁采用箱形断面，宽2m，高2. 5m，全桥 共两根，中心线间距为26m。
斜拱系梁采用箱梁断面，宽1. 66m，中心高1. 55m，全桥共两根，中心线间距为46. 5m。斜拱系 梁与斜拱连接部位内部填充C40补偿收缩混凝土。
全桥共设置36道横梁，其中端横梁2道采用箱 形断面，中横梁34道，采用工字型断面。纵梁有5 道内纵梁、4道外纵梁、2道平台纵梁、2道端纵梁， 均为工字型断面。
钢筋混凝土桥面板，分为预制和局部现浇两种。 机动车道桥面板厚度为24cm，非机动车道、人行道 及观景平台桥面板厚度为18cm。在横梁、挑梁、斜 系梁和主要纵梁上设置有剪力键，通过现浇湿接缝 与钢梁形成结合梁。
总体布置图见图1，横断面示意图见图2。计算参数选取永久作用(1) 一期恒载
包括主、斜拱、桥面系、吊索等结构自重。混凝 土容重 26kN/m3，钢材容重 78. 5kN/m3。
(2) 二期恒载
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主系梁(觅图SjV-ZQ-03}
f肋横梁(觅图SiV-ZQ-05)
:拱肋(见图SlV-ZQ-03>
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/
斜撰肋(觅图SIV-ZQ-O4) 主系梁(觅图SIV-ZQ-O3} 斜系梁(见图SiV—ZQ-〇4>
\\斜吊杆(MjSlV-ZQ-〇4)
主吊杆图 SjV-Z〇-i)3}城梁
外级梁2(觅图SiV-Z〇-06>外纵梁3(觅图S1V-ZQ-06}SjV-ZQ-Q6)
内端横梁(见图S1V-ZQ-06}/
杯端高梁(娜iV-ZQ-06)/
图 SjV-ZQ-06)
图1总体布置图
主.拱肋与主.系梁中心线交点
10250
26000
10250
图2横断面示意图
二期恒载包括枥青混凝土铺装层、防水层、栏杆 等附属设施。2.2支座沉降
考虑横桥向不均沉降3mm。
2.3汽车活载
汽车荷载标准:城市-A级荷载;人群荷载按照 城市规范选取。
汽车动荷载按《公路桥涵设计通用规范》（JTG
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D60 -2015)[2]的规定根据结构基频验算。
多车道折减系数:按《公路桥涵设计通用规范》 (叮0 060 -2015)表1-2取用。
2.4制动力
按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60 -2015) 取用。汽车制动力按照车道荷载使桥梁墩台产生最 不利纵向力的加载长度上的总重力的10%计人，同 向行驶三车道为一个设计车道制动力的2. 34倍。
2.5风荷载
风荷载标准值按现行《公路桥梁抗风设计规 范》（JTG/T D60 - 1)[3]的规定进行验算。2.6温度作用
设计结构体系转换完成温度为10 ~ 251。验 算模型中体系升温29丈，降温31T ;
吊索与梁拱温差±l〇t;
除桥面系外其余阳光直射部位附加温差 ±151。
2.7荷载组合
承载能力极限状态组合:基本组合，按《公路桥 涵设计通用规范》JTG D60 -2015第4. 1.5条规定，结构重要性系数1.1;
频遇组合，按《公路桥涵设计通用规范》JTG D60 -2015 第4.1.6 条规定；
准永久组合，按《公路桥涵设计通用规范》JTG D60 -2015 第 4.1.6 条规定。
3
静力计算
(1)结构总体静力验算采用MIDAS 2〇15程序 建立空间杆系模型，以理论轴线为基准进行结构离 散。具体分析中，吊索采用術架单元，主拱、斜拱、系 杆、纵横梁、挑梁等采用梁单元，按实际结构的施工 过程进行模拟，全桥共划分为2007个单元，1333个 节点，主桥结构离散如图3。
图3桥梁计算离散模型
主梁截面采用单箱单室，见图4。
图4
斜拱拱肋和主拱拱肋横断面示意图
(2) 施工过程模拟
主桥上部结构采用在岸上拼装、浮拖过河的安 装方案，根据设计图纸提供施工方案，验算模型施工 过程模拟如下：
①
拼装主拱、主系梁、斜拱、斜系梁、拱顶横梁、外纵梁1 ~3、外端横梁、外中梁、挑梁等构件，第一 次张拉吊索，拖拉施工就位；
②
安装内端横梁、内中梁、内纵梁等构件，形成整体框架；
③ 安装混凝土桥面板；④ 第二次张拉吊索；⑤ 施工桥面铺装、护栏等附属构件，主桥施工完
毕。
(3) 纵向计算结果
运营阶段下主拱拱肋最大压应力为126.4MPa， 主拱系杆最大拉应力为154MPa，最大值均发生在拱 角位置，主拱拱肋、系杆最不利应力均小于Q345钢材 容许应力245MPa，满足规范要求且有足够的富余。
图5运营阶段主拱拱肋、系杆内侧上缘应力包络图
图6运营阶段主拱拱肋、系杆外侧上缘应力包络图
图7
运营阶段主拱拱肋、系杆内侧下缘应力包络图
结构
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图8
运营阶段主拱拱肋、系杆外侧下缘应力包络图
另外，运营阶段下斜拱拱肋最大压应力为 88.3MPa，斜拱系杆最大拉应力为110.9MPa，最大 值均发生在拱角位置，斜拱拱肋、系杆最不利应力均 小于Q345钢材容许应力245MPa，满足规范要求且 有足够的富余。
另外，还对施工阶段以及成桥状态分别进行了 验算，应力均满足规范要求，且有足够的富裕。
(4)端横梁计算结果
全桥共设置2道端横梁，端横梁梁体为箱形断 面，纵桥向宽2. 0m，内端横梁梁高为1.6 ~ 1. 840m， 外端横梁梁高为1 • 472 ~ 1 • 560m，沿桥面横坡变化。
图9端横梁计算模型
基本组合作用下端横梁最大拉应力为107 MPa， 最大压应力为84. 3MPa，最大值均发生在主拱系杆 与横梁相交位置，端横梁最不利应力小于Q345钢 材容许应力245MPa，满足规范要求且有足够的富 余。
(5)中横梁计算结果
全桥共设置34道中横梁，每道中横梁由内中横 梁、外中横梁、挑梁组成。中横梁为“工”字形断面， 上翼缘宽0• 55m，下翼缘宽0_ 45m，内中横梁高度 1.600 ~1. 840m，夕卜中横梁高度 1. 010 ~ 1. 538m。 挑梁高度0.60 ~ 1.610m。
基本组合作用下中横梁最大拉应力为 114 9MPa，最大压应力为107. 3MPa，最大值均发生 在主拱系杆与横梁相交位置，中横梁最不利应力小 于Q345钢材容许应力245MPa，满足规范要求且有
足够的富余。
4
稳定计算
主桥结构稳定性分析在原空间模型的基础上进 行，按实际结构的施工过程进行模拟，验算成桥阶段
稳定性，本报告的稳定性分析为结构一阶稳定分析 及弹性稳定分析。
成桥稳定分析考虑结构自重、二期恒载、吊索 力、风荷载、汽车荷载等。
计算结果见表1。
表1
稳定系数和失稳特征表
阶次
稳定系数
失稳特征1
21.5桥面系横向失稳
222.9左侧拱肋横桥向面外失稳，桥面系扭转失稳
325.7右侧拱肋横桥向面外扭曲失稳429.4左侧拱肋横桥向面外扭曲失稳
5
32.8
桥面系竖向弯曲失稳
5主要施工方法
(1) 分幅浮运拖拉施工
由于桥位所在航道繁忙，无法采用支架施工，且 主桥结构自重较大，桥面较宽，主桥上部结构采用在 岸上拼装、分两次浮拖过河的安装方案。即将主桥 分为两幅，每一幅由一侧的主系梁、斜系梁、主拱、斜 拱、外端横梁、外中横梁、挑梁、拱顶横梁、桥面系剪 刀撑及吊索组成，利用运河东侧的场地搭设支架拼 装，分别形成框架后，利用支架上轨道及浮拖船将框 架浮拖过河，当两幅框架分别落梁到位后吊装安装 内端横梁、内中横梁、车道纵梁及桥面板。
(2) 纵、横梁系
每一幅钢构件安装采用支架法，钢构件吊装前 应对支架的安全性和稳定性进行验算，支架各部件 受力必须满足相关规范要求，支架应预压消除非弹 性变形影响。在钢梁拼装时，主系梁、斜系梁可分段 吊装，分段长度根据运输及吊装以及现场条件确定。 系梁支架吊装就位后先将其接头部位对齐，在计人 施工预拱度情况下调整好钢主系梁标高，先焊接腹 板，再焊接顶、底板，完成钢系梁安装。确保系梁线 形误差在允许范围内。横梁、挑梁吊装就位后与系 梁连接件对接，调整好标高后焊接腹板，之后安装、 焊接钢纵梁各构件，安装调整后焊接横梁顶、底板。 以上安装程序严格遵循有关施工规范规定，同时需 要兼顾钢梁纵、横坡影响，满足线形要求。
(3) 拱肋体系
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由于拱圈结构及受力复杂，设计对安装精度要 求高，对拱圈采用在支架上进行安装、龙门吊吊装就 位并利用调节桁架进行调整、精确定位是一种比较 简单、方便、有效的施工工艺[1]。
主拱和斜拱可分段制作吊装，分段长度可根据 施工条件确定。斜拱拱肋所处斜平面内，与斜系杆 拱脚段顶板相交为一异形结构，制造加工单位应根 据实际放样校核图纸尺寸，确认无误后方可下料加 工。主拱和斜拱支架应有完好的竖向和横向稳定 性，各拱节段焊接前应对拱轴线三维坐标进行观测 与验证，确保拱肋就位正确。
(4) 吊杆的安装与张拉
吊杆安装前计算拼装阶段的主梁预拱度、拱圈 预拱度、吊索无应力长度，根据吊索无应力长度，考 虑温度因素，预先制造吊索[5]。安装前应先检查构 件尺寸、构件空间定位、工作空间等是否能满足要 求。吊杆分三次进行张拉，每次张拉力应根据不同 施工阶段和成桥后各构件受力分配要求来确定，必 须按照严格的施工控制要求来进行张拉。
(5) 桥面板铺设与体系转换
钢筋混凝土桥板分为预制和局部现浇两种，现 浇桥面板为桥面接缝位置。预制钢筋混凝土桥面板 要求存板期不得小于5个月，以使预制板充分收缩、 徐变。钢筋混凝土预制桥面板在吊杆安装就位并初 张拉后进行就位安装:在吊杆完成二次张拉并安装、
调整完毕主桥钢结构连接件后预制板进行桥面现浇 湿接缝施工，完成体系转换。6
结论
(1) 该斜靠式系杆拱桥在成桥阶段、运营阶段
纵向静力验算、端横梁静力验算以及中横梁静力验 算均满足规范要求，
(2) 范要求。
(3) 充。
本文介绍的斜靠式系杆拱桥的设计、施工要点 可为同类桥型设计、施工提供参考。
参考文献
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庄铁道学院院报,2〇〇6(3) :123 -
该斜靠式系杆拱桥结构整体稳定性满足规 本文限于篇幅未对吊索的强度、疲劳进行
验算和拱顶横梁验算，在今后的研究中将进一步补
ID.
[2] 中华人民共和国交通运输部.JTG D60 -2015公路桥涵设计通
用规范[S].北京:人民交通出版社，2015.
[3] 中华人民共和国交通部.JTG/T D60 -01 -2004公路桥梁抗风
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[6] 沈光玉.大连长山矮塔斜拉大桥计算分析[J].北方交通，2014
(3).
Design and Construction Points of Inclined Tied - arch Bridge
SUN Lin-lin(JSTI Group Co. ,Ltd. , Nanjing 210017 ,China)
Abstract Taking practical engineering as the background, the static analysis and stability analysis on the inclined tied - arch bridge are made by utilizing Midas software to build a finite element model. The results show that： the static checking of inclined tied - arch bridge can meet standard requirements in the stage of bridge completion and operation, and the overall stability of the structure can meet standard requirements. Moreover, the main construction technology of inclined tied - arch bridge is also introduced in this paper.
Key words points
Inclined tied - arch bridge； Static analysis； Stability analysis； Midas software； Construction
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