论文(伊龙)(终审修改)

1、洛阳市伊龙大桥的设计施工与结构特点综述姜鹏 栗勇 李盼到（北京市市政工程设计研究总院）【摘 要】 伊龙大桥是一座造型独特的城市景观桥梁。主桥采用单索面异形拱桥，跨径布置为60+120+50=230m。桥梁外观设计新颖，与周边环境协调，集交通功能与美观于一体。本文主要分为工程概述、结构设计及特点、创新技术及施工要点四大部分。着重介绍了该桥的结构形式、设计构思、主要结构尺寸设置以及设计过程中采用的新颖的设计方法，并结合整体计算模型及局部受力分析部分结果来简要说明本工程结构的受力特点。【关键词】 异形拱桥 拱梁组合 混合式主梁 锚固区 钢混结合段1 工程概述伊龙大道是联系洛阳市伊川县滨河新区西区与东

2、区以及白元镇的东西向的一条景观交通性要道，伊龙大桥是伊龙大道上跨伊河的一座景观桥。主桥结构采用单索面异型拱桥，主桥跨径布置为60+120+50=230m，两侧引桥采用2x30m预应力混凝土连续箱梁，桥梁全长350m。（图1）图1 桥型布置示意（单位：m）大桥位于伊川县南端，为伊川县城的门户所在，与南面群山遥相相望，山水景观资源良好。桥梁景观从气势恢宏的山体造型中汲取设计灵感，力求展现出一种富于动感、活力、力量的造型特征。因此本桥构思采用异型拱桥勾勒出连绵群山状，桥梁曲线优美，景观自然，不与群山争风。（图2）主桥采用梁拱组合体系，由梁和拱共同承担荷载，一方面充分利用了梁的承载能力，另一方面减轻了

3、拱肋、吊索的承载负担，使拱肋和吊索在造型和景观上有了更大的发挥空间。 a. 日景 b. 夜景图2 桥梁效果图2 结构设计及特点2.1 拱肋在常规的中承式拱桥设计中，拱肋设计为整个结构的重点之一，本桥同样不例外。在拱肋设计过程中，为了更好的体现异型拱带来的优美曲线和灵动效果，主拱肋采用单索面钢筋混凝土结构。下部V墩采用横向与主梁底同宽的片形墩形式。拱肋为钢筋混凝土构件，横桥向一片，布置在中央隔离带范围内，立面呈“三角形”。整个拱肋由梁上拱肋及梁下V型墩组成，三个拱肋分别高25m、47m、20m。拱肋与混凝土主梁固结，梁上拱肋横桥向宽度为2.5m，梁下V型墩横桥向宽为18.4m宽。（图3）a. 主

4、拱肋桥上部分 b. 主拱肋桥下部分图3 主拱肋结构（单位：m）2.2 吊索吊索采用整束挤压拉索体系，呈不规则扇形布置，中跨设置9根，边跨各3根，全桥共15根。为解决吊索在拱顶集中锚固问题，在拱顶预埋了10cm厚异形钢板，吊索通过钢板锚固于拱肋上。吊索张拉端位于主梁箱室内，相应位置设置钢筋混凝土齿台或钢锚箱。2.3 主梁主桥中跨跨径为120m，主梁采用混合梁型式。其中，中跨吊索区设置78m钢箱梁以减轻自重负担；其余梁段为预应力混凝土箱梁，并与下部V墩固结以抵抗中跨非对称结构带来的强大变形。主梁横向采用抗扭性能好的箱型断面，桥宽32m，梁高为2.5m。图4 主梁断面（单位：cm）混凝土主梁采用单箱

5、七室箱型结构。顶、底板厚0.25m，直腹板厚0.5m，斜腹板厚为0.25m。为减少主梁重量，主梁采用3.38m大悬臂。钢主梁采用单箱三室全焊钢箱梁，正交异形板结构。设置4道腹板，中腹板厚30mm，边腹板厚16mm，顶底板厚14mm，顶底板U型加劲肋厚8mm。吊索处横隔板厚度14mm，非吊索处横隔板厚度12mm。（图4）2.4 钢混结合段 a.断面图 b.平面图图5 钢混结合段示意图（mm）结合段设计是混合梁的关键部位，要求其对各种荷载产生的轴力、弯矩、扭矩和剪力的传递顺畅可靠，在荷载作用下具有一定的承载安全贮备，刚度过渡良好，耐久性好，抗疲劳性能好，力求减小应力集中。本桥钢梁段与混凝土梁段相接

6、处，设置钢、混结合段，长2m。结合段处钢梁腹板及刚度过渡板伸入混凝土梁段，在混凝土梁端尾部设置25mm厚承压板；最外侧钢梁腹板及钢梁顶、底板及承压板设置直径22mm，高15cm剪力钉，其余腹板及刚度过渡板上开60mm孔，内设直径22mmHRB335钢筋，形成PBL剪力键1。结合段两侧分别设置5m（砼侧）、2.2m（钢侧）刚度过渡段，其中混凝土侧刚度过渡通过截面变化实现，钢梁侧通过设置刚度过渡板实现。（图5）3 创新技术3.1 拱梁组合体系力学行为与设计方法图6 主桥有限元分析模型伊龙大桥采用的“索辅梁桥”的设计理念，这也是本工程最大的的设计特点。“索辅梁桥”的优点是改变了一般拱桥以拱肋与吊索为

7、承受荷载的主体结构的理念，而是先充分利用梁体本身的承载能力，不足之处再用索力来补充，这样既可以降低造价，另外由于拱肋与吊索只承受一部分荷载，也为其在造型上提供更广泛的空间。伊龙大桥拱肋基于“索辅梁桥”的理念，仅需承担部分部分荷载，因此构件尺寸更加纤细，更加美观。拱肋改变了传统的拱桥受力形式，拱轴线并非常规的悬链线、抛物线，而是采用较为新颖的三角线形，吊索集中锚固于拱顶区域，以达到较好的景观“山”形效果。大桥成桥状态主跨吊索承受该跨60%的恒载，其余40%的恒载由梁体承受，运营状态下拱肋、吊索与梁体共同承担活载。整体计算模型采用midas civil建立（图6）。拱肋、V墩及主梁采用空间梁单元模

8、拟，拉索采用桁架单元模拟，主梁采用截面特征值计算器模拟（图7），桩侧土约束采用m法等效土弹簧刚度用节点弹性支承模拟。a. 钢主梁截面b. 混凝土主梁截面图7 主梁截面模拟示意图为详细考量结构横桥向受力以及V墩与主梁连接部分应力状况，所以选取受力较大的小桩号侧V墩进行实体分析。主要考察V墩与主梁及承台连接位置、V墩本身及主梁特殊部位受力情况。局部模型采用midas FEA建立（图8），采用4面体+6面体网格划分，荷载采用整体计算模型结果内力值。核算结果均能满足结构安全需要2，本文不再赘述。图8 局部计算模型示意图3.2 拱顶锚固区设计本桥吊索在拱顶区域锚固过于集中，无法按常规方式在拱肋上锚固。若

9、拱顶区域采用钢拱肋，为避免应力集中问题钢拱肋构造设计将十分复杂，且增加了拱肋钢混结合段，大大增加施工难度。因此，为解决吊索在拱顶集中锚固问题，在拱顶预埋了10厘米厚异形钢板，吊索通过钢板锚固于拱肋上。预埋钢板开60mm孔，内设直径22mmHRB335钢筋，形成PBL剪力键来承担吊索拉力1。（图9）通过空间仿真模型分析，锚板有效应力较大值出现在索孔及锚板与砼接触位置，最大应力值为123Mpa；该部分拱肋混凝土纵桥向压应力12Mpa，横桥向2Mpa，均能满足规范要求3，可见该种锚固方式安全可靠。（图10图12） 图9 拱顶钢板布置（cm） 图10 10cm锚板应力图（MPa） 图11 纵桥向拱顶砼

10、应力（MPa） 图12 横桥向拱顶砼应力剖分（MPa）3.3 钢混结合段设计本桥主梁设计采用混合梁，即主跨吊索区采用钢梁，其余梁段采用预应力混凝土梁。主跨采用钢梁减轻了拱肋、吊索的承载负担；边跨采用混凝土梁，增加了边跨主梁重量，从而增大了结构整体刚度，有效地发挥了钢和混凝土材料的特性。混合梁在拱桥中首次采用，其关键的钢混结合段成为结构的受力关键部位之一。4 施工技术要点本桥主要采用满堂支架形式施工。主要流程为先施工下部结构及主梁，然后在主梁上搭设支架施工拱肋，拱肋合拢后张拉吊杆。其中以V形墩施工难度较大。12344.1 V形墩施工要点本桥V型墩混凝土体量较大，平均1200m³左右。加

11、上左右肢均有倾角，浇筑时对支架会产生很的水平推力。根据V墩结构特点以及现场的施工条件，制定以钢管桩为临时支墩的支架法进行施工，支架基础采用混凝土基础，钢管桩支立角度与墩身垂直（图13）。模板采用大块预制钢模以保证V墩的外观质量。混凝土一次性浇筑完成。图13 V墩施工临时支架示意5 结语依托伊川滨河新区的总体规划，伊龙大桥的设计与建设从周边环境中汲取灵感，为古老的伊河量身定做的，充分满足了桥梁设计“安全、适用、经济和美观”的要求。总结该桥设计的特点如下：（1）创新的采用“三角形”拱肋线形，形成“连绵群山”的景观效果，桥型结构新颖。（2）索辅梁桥设计理念的应用：荷载由拱肋与主梁共同承担，为拱肋在造型上提供更广泛的空间。（3）混合梁的应用：边跨采用砼主梁，中跨采用钢主梁，有效的发挥了各自的材料性能。伊龙大桥是结构依从景观创