关键词：乌江特大桥;钢管混凝土拱桥;N型桁架;拱上立柱;组合梁与立柱固结;
作者简介：覃仁昊（1991—）,男,本科,工程师,从事桥梁设计事情。;
德江（合兴）至余庆高速公路的履行是对我省黔北地区高速公路网有益补充和完善，是连接安江高速的一条快速通道，建成后将把贵州省高速公路网中南北走向沿河至榕江的高速公路连接贯通。乌江特大桥位于K51+588.46～K53+421.04处，超过乌江，是德余高速公路掌握性工程。德余高速建成后将极大地促进沿线的资源开拓，促进该地区经济的发展和少数民族的脱贫致富，同步全面建成小康社会具有重大意义。
1 工程概况德余高速公路起于德江县合兴镇东侧的青杠园附近，顺接已建成通车的沿德高速，终点设小腮枢纽接遵余高速，路线全长约104.0 km。乌江特大桥紧张技能标准如下：
公路等级：双向四车道高速公路。
设计行车速率：80 km/h。
设计基准期：100年。
桥梁荷载等级：公路—Ⅰ级。
桥面宽度：0.55 m（护栏）+11.95 m（车行道）+0.5 m（护栏）+11.95 m（车行道）+0.55（护栏），桥梁全宽25.5 m。
设计大水频率：1/300。根据初勘报告，测时水位438.26 m(2018年11月），水位444.15 m。
通航标准：内河HI—(3）级，设计最高通航水位441.3 m，设计最低通航水位431.0 m。通航净宽110 m，净高10 m。
地震基本烈度：地震动峰值加速度为0.05 g，地震基本烈度Ⅵ度。
2 桥梁方案选择桥位处于范例的“U”形河谷，桥梁上跨乌江，江面较宽、岸坡较缓，且桥位处为乌江廊道风景区，桥型的选择应从经济性、施工难易程度、后期养护及景不雅观效果多维度出发、综合考虑。桥位处的桥型方案类型比较多，如悬索桥、斜拉桥、拱桥，但考虑尽可能降落工程规模、担保构造的经济性同时兼顾高景不雅观哀求，选取了两个方案进行比较：
方案一：（203+450+203)m组合梁斜拉桥。
方案二：475 m上承式钢管混凝土拱桥，桥型支配见图1。
图1 拱桥方案 下载原图
2.1 景不雅观方面效果比较通过地形的折衷性及景不雅观的比较，两方案都与地形地貌合营较好，但钢管混凝土拱桥拱轴线型与地形相符度更高，线形更加幽美，能较好地知足乌江廊道风景区对景不雅观的需求[1]。斜拉桥为常规的双塔构造，气势雄伟，人工建筑特点突出，当代感太强，不能较好地融入景区自然环境。
2.2 施工掌握技能和难易程度比较对付斜拉桥的高塔施工技能日益成熟，主梁采取挂篮悬臂施工，施工工艺成熟可靠[2]。钢管拱桥缆索吊装施工技能已在多座类似桥梁履行，履历成熟，因此施工难易程度相称，施工工艺都比较成熟。
2.3 工程造价比较钢管混凝土拱桥造价较低，约为44 000万元。斜拉桥方案造价较高，约为49 600万元，两个方案相差5 600万元。
2.4 后期养护比较桥位所处环境对方案的影响都不太大。钢管拱的拱圈构件、拱上立柱、主梁须要定期检讨养护。斜拉桥的拉索须要进行养护改换，且改换用度较高，主梁索塔的应力及应变须要长期检测[3]。
综合以上比较，将475 m上承式钢管混凝土拱桥作为该项目的推举方案。
3 构造设计3.1 总体设计主桥为桥长504 m（打算跨径475 m）上承式钢管混凝土拱桥，为拱、梁、柱刚结协同受力体系。主拱肋采取由8根D1400 mm钢管通过腹杆、横联和风撑组成的等宽变高度空间桁架构造。主拱肋弦管内添补及拱脚外包混凝土采取C70自密实补偿紧缩混凝土。拱上立柱采取双矩形薄壁等截面钢箱断面。桥面系采取跨径33.6 m槽型钢箱梁+粗骨料活性粉末混凝土（UHPC）桥面板的连续组合构造。拱上立柱与桥面系钢梁固结，在交界墩处设置纵向活动、横向限位球型钢支座。两岸拱座均采取扩大根本，置于中风化岩层中。
乌江特大桥基于践行科技创新发展驱动高质量发展的理念，力争在构造体系、施工工艺、新材料运用以及运营管养等方面有所打破和创新，提出以下设计思想：工厂化制作、大节段水运，减少现场焊接，腹杆及风撑采取箱形或H形焊接杆件，便于现场栓接，确保工程质量。采取整体性强的桥面系，拱、梁、柱协同受力，提高构造整体性和安全度。采取UHPC桥面板，减轻构造自重，简化施工工艺，避免桥面板开裂，提高桥梁耐久性。
3.2 拱肋安装节段划分目前对付钢管混凝土拱桥拱肋安装节段的划分海内有两种做法：一种是将受力分段节点设置在拱上立柱之间，立柱位置对应处为单排竖腹杆，两者中线吻合；另一种是在拱上立柱对应位置处设拱肋分段点，其纵向两侧对称设置拱肋双竖杆。两种办法各有利弊。前一种的优点是节段划分比较灵巧，不受立柱位置的严格限定，拱肋桁架构件大略；后一种的优点是竖腹杆设置在分段点处，和立柱位置相对应，此处腹杆位置间隔很近，增大了集中力浸染点处上弦杆的刚度，办理了上承式钢管混凝土拱桥（特殊是特大跨径的拱桥）立柱和拱肋之间节点荷载过大，对应位置刚度不敷的问题，减少了拱肋节点应力的峰值，明显提高了拱肋承载力[4]。
该桥属于特大跨径桥梁，拱上立柱间距较大，如节段划分在立柱处，吊装重量较大，吊装困难，为知足乌江水运沿线水电站船闸10.8 m的限宽及吊装重量的灵巧掌握，拱肋腹杆采取N型桁架，如图2所示。
3.3 拱桁架构造设计主桥采取上承式钢管混凝土变截面桁架拱（打算跨径475 m），拱轴线型采取悬链线，拱轴系数m=2.2，矢高为90 m，矢跨比为1/5.278。
主拱肋采取等宽变高度空间桁架构造体系，主弦管拱顶截面中央径向高度为7 m，拱脚截面主弦管径向高度为10.0 m，拱截面径向高度拱脚至拱顶按二次抛物线变革。每片拱肋由四根外径1 400 mm钢管混凝土弦管组成，高下各支配两根钢管混凝土弦管，弦管之间横向中央间距为2.5 m，横桥向两片拱肋的中央距为16 m。拱肋内设横联，肋间设置风撑平联和X撑，如图3所示。
图2 N型桁架腹杆支配方案 下载原图
图3 拱肋桁架横断面支配 下载原图
3.3.1 拱肋弦管弦杆的壁厚对受力和钢材用量的影响都很大，桁架式钢管混凝土拱桥的受力特点是拱脚段截面下弦轴压力大于上弦轴压力，拱顶段截面的下弦轴向压力小于上弦杆轴向压力，1/4附近则位于中间状态。该桥跨径为475 m，由拱脚至拱顶分3段确定管径壁厚。
3.3.2 拱肋腹杆截面设计拱肋桁架的腹杆截面形式的选择，海内有三种方案，要点如下：
(1）腹杆与斜腹杆均采取圆形钢管。该构造的优点是布局大略，工厂加工事情量较少，施工过程中通过焊缝调节部分放样偏差，节点之间形状大略单纯流畅。此种方案缺陷也很明显，贯线焊缝根部的焊接比较困难，随意马虎产生焊接毛病。
(2）竖腹杆和斜腹杆采取箱型截面和工字型截面。该构造可战胜钢管构造的缺陷。这种形式的腹杆与主杆连接工艺比较繁芜。在主管与腹杆相连接的位置均须要设置节点板，节点板与弦杆焊接，腹杆采取扭剪型高强度摩擦型螺栓和节点板连接形成整体。
(3）斜腹杆与竖腹杆均采取焊接H型型钢。腹杆与弦杆的连接仍采取节点板焊接连接。
3.3.3 拱肋内横联主桁架之间横向联系的形式对拱肋桁架的横向稳定性、抗扭性能都有很大程度上的影响，因此在桁架构造中对此部分构造的设计显得十分主要[5]。
单片拱肋之间的横联结构常日由高下平联杆和内剪力撑组成。该次设计内剪力撑采取竖向一字形剪力撑。这一方案最大优点是安装大略，施工质量最随意马虎保障。为战胜拱肋抗扭刚度弱，高下弦平联采取箱型截面。腹杆间距横联除拱脚F1和F2腹杆间横联采取箱型截面外，别的均采取工字型截面。
3.3.4 拱肋间风撑设计拱肋间高下弦管均采取传统的K撑，均采取箱型截面。K型节点采取整体焊接节点板，与风撑平联杆件采取工厂焊接、工地组拼栓接的连接办法。
拱肋均采取传统的X撑，设置于立柱下方的径向腹杆平面内，采取焊接H型截面，采取高强螺栓栓接。
3.4 拱上立柱设计拱上立柱的设计，海内有单排和双排钢管排架以及钢箱截面立柱两种方案。其要点如下：
单排和双排钢管排架构造的缺陷是立柱钢管内贯注高强度混凝土，增加的荷载自重较大。通过对最高排架稳定性剖析表明，立柱钢管内贯注高强度混凝土对其稳定性影响不大。该构造的优点是在山区V形峡谷区域，拱肋构造对风荷载较为敏感，采取镂空的格构式圆形钢管构造立柱，可大幅降落横、纵向风荷载值。
钢箱截面立柱构造的优点是钢箱截面在知足承载能力和稳定性哀求的条件下，立柱荷载可大幅度减少，降落拱肋荷载。
乌江特大桥跨度475 m，为海内最大跨度的上承式钢管混凝土拱桥，已经达到上承式钢管混凝土拱桥经济跨径的上限，因此减轻拱上建筑的自重，对降落紧张拱肋荷载意义重大。该桥为减去立柱重量，立柱截面采取钢箱截面。
3.5 桥面系设计由于该桥属于较大桥宽桥梁，如何减轻拱上建筑的自重，对降落紧张拱肋荷载意义重大，因此紧张考虑组合梁与立柱固结方案，如图4所示。
施工便捷方面：采取无盖梁设计，取消了盖梁，减轻拱肋荷载，柱梁固结，简化了施工工序。
立柱受力方面：对立柱的内力影响不大，但可以改变内力分布，特殊是对高立柱的内力分布更加均匀，材料利用更加趋于合理。
构造疲倦性能方面：采取主纵梁与柱固结，受力更加明确。从施工便捷、立柱受力、疲倦性能、经济指标各方面考虑，该桥采取组合梁与立柱固结方案作为桥面系构造。主梁采取“槽型钢箱梁+粗骨料活性粉末混凝土桥面板”的整幅组合构造，采取双梁构造，梁高2.25 m。钢主梁采取斜腹板形式，由上翼缘板、腹板、腹板加劲肋、底板、底板加劲肋、横隔板及横肋组成。单片钢箱梁腹板中央间距2.7 m，两片钢箱梁中央间距16.0 m，中间设置小纵梁。
图4 组合梁与立柱固结方案 下载原图
3.6 拱肋防脱空方法设计钢管混凝土构造利用中存在的较大问题是钢—混凝土的截面损伤（脱空）会严重影响工程质量安全。钢管混凝土拱桥与RC箱型拱桥比较，因自重小很多，最大跨径不断被打破。难点和风险紧张集中在钢管混凝土的贯注、高空焊接和拼装稳定性三大问题上。对付确保钢管混凝土贯注质量、防止脱空效果，该桥为防止拱肋脱空，采纳了如下设计：(1)“三级连续接力”法合营真空赞助法贯注拱肋钢管混凝土；(2)钢管内支配栓钉。
3.7 拱脚临时铰封固机遇设计目前，对付钢管混凝土临时封铰传统的做法是在拱肋合龙，拱轴线调度完成后。一些实桥的不雅观测资料表明，封铰的最佳机遇不一定是在拱肋合龙之后。因此，该桥临时铰封固机遇根据施工监控哀求掌握。
4 结语乌江特大桥是主跨为475 m的上承式钢管混凝土拱桥。该文在总结以往设计的根本上，针对钢管混凝土拱桥施工及受力的问题，对构造形式和布局细节进行优化、创新。目前，桥梁正在施工中，建成后，桥梁将成为上承式钢管混凝土跨径之最，可为同类型桥梁的培植、施工供应参考依据。
参考文献[1] 丁德豪,武电坤.大小井特大桥设计综述[J].公路,2019(9):142-146.
[2] 季文刚,李毅谦,程俊瑞,等.支井河大桥钢构造设计要点[J].公路, 2013(1):108-113.
[3] 万麟,陈冠桦.喷鼻香火岩特大桥设计[J].中外公路, 2015(5):178-182.
[4] 彭元诚,丁德豪,宗昕,等.大小井特大桥桥型方案比选[J].公路, 2019(9):146-149.
[5] 陈兆辉.上承式钢管混凝土拱桥桥道系钢混组合梁力学行为研究[D].重庆：重庆交通大学, 2020.
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