上承式钢拱桥与建筑结合设计分析

刘 亮

（上海市政工程设计研究总院集团第十市政设计院有限公司，甘肃 兰州 730000）

1 项目概况

本文基于黄河流域兰州白塔山段综合提升改造项目（一期）项目为背景，在隧道东洞口设置1-55.339m上承式钢拱桥。拱圈跨度55.339m,矢高为21.467m,拱圈之上设置六跨连续梁，跨径布置（8+9+8.1+8.4+8.1+9+8）m，连续梁之上设置两层仿古建筑廊亭。

2 主要技术标准

2.1 桥梁横坡：桥梁横坡通过建筑铺装调整，横坡为1%。

2.2 桥下通行要求：桥下净空≥4.5m。

2.3 荷载等级

人群荷载：按《城市桥梁设计规范》（2019年版）（CJJ 11-2011）取值。

2.4 桥梁设计安全等级

结构安全等级均为一级，结构重要性系数1.1。

2.5 设计基准期

桥梁设计基准期100年。

2.6 设计使用年限

桥梁主体结构使用年限为100年；栏杆、支座及伸缩缝等为15年。

2.7 抗震标准

按国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2016版）及《中国地震动参数区划图》(GB 18306-2015)的有关规定，兰州市城关区抗震烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g，设计抗震分组为丙类。

3 桥梁总体设计

桥梁采用1-55.339m钢拱桥，拱肋之上设置7跨连续钢箱梁，连续梁之上设置两层廊亭。桥型布置图如下所示：

图1 桥型布置图（单位：mm）

4 桥梁结构设计

4.1 总体设计

本桥梁为兰州白塔山东洞口跨越隧道钢拱桥，拱桥下部基础采用群桩基础，拱肋采用双片箱形截面，拱肋之间采用横梁连接。拱肋之上设置连续梁，连续梁之上设置2 层仿古建筑。建筑与连续梁焊接在一起，连续梁与拱肋用支座连接，梁体侧面与拱肋立柱之间用阻尼器连接[1-3]。

4.2 下部结构及基础

桥台采用桩一字形，桥墩采用钢结构矩形断面，承台混凝土采用C40抗硫混凝土；基础采用∅1.5m钻孔灌注桩，桩长30m。桩基采用C35抗硫砼[4-5]。

4.3 上部结构

主梁采用双边箱结构，中间采用横梁进行连接，梁高1.2m，中横梁宽度2m，高度1.2m，端横梁宽度1.5m，高度1.2m，结构顶底面均不设置横坡。横坡利用建筑铺装进行调整[6]。

4.4 支座

支座采用摩擦摆减隔震支座，为防止地震作用下连续梁整体侧翻，在连续梁与拱肋立柱之间设置阻尼器，阻尼器大小根据计算确定。

5 总体空间计算分析

运用midas civil 空间有限元软件对进行分析。

图2 运营阶段空间静力分析计算图示

图3 基本组合主梁最大应力（MPa）

图4 基本组合拱肋最大应力（MPa）

基本组合下，根据剪力滞折减，主梁上缘最大应力122.5MPa，下缘最大应力为220.2MPa，均不大于270MPa。剪应力23.1 MPa，弯剪耦合最大为0.941，均满足规范要求。

基本组合下，拱圈上缘最大应力-112MPa，下缘最大应力为-74.7MPa，均不大于270MPa；主梁最大剪应力36.8MPa，不大于160MPa。均满足规范要求。

6 结论

通过对1-55.339m 钢拱桥空间有限元计算分析，可以得出如下结论。

1）经对比发现，双片拱肋横向联系刚度越大，拱肋整体性能越好。

2）地震作用下拱上结构部分出现负反力，可通过阻尼器将拱肋与拱上建筑构造连接起来，防止侧翻。

3）温度作用下，钢结构应力较大，通过梁体与拱肋之间设置支座减小温度应力。

4）拱脚钢结构与混凝土接触面有拉应力，通过设置预应力转拉为压，保证混凝土在运营阶段该部分处于受压状态。