一种反拱基础框架桥的设计及施工方法

本发明涉及桥梁结构，具体涉及一种反拱基础框架桥的设计及施工方法。

背景技术：

1、对于处在深厚软土地区的桥址，软土的工程特性较差，通常具有高压缩性、强度低、稳定性差及高含水率等特点。较多的工程实践和研究表明，由于软土地基的承载能力不足且工后沉降量大，直接在未经处理的软土地基上进行工程建设时，极易发生基础失稳进而引发安全事故、或运营期产生巨大的沉降量造成不满足运行要求，造成巨额的经济损失。另一方面，采用不合适的地基加固方法往往也会导致事倍功半或者经济效益不理想等情况，造成不必要的损失。

2、传统中小桥梁采用的大多都是预应力空心板梁桥，这种方案的梁高较大，不抬高桥面高程必占用桥下泄洪空间。而且，在施工过程需要使用大型机械设备，在临街场地施工，作业空间容易受到地面和空中管线限制。为此需要一种低成本、易施工的深厚软基地区中小跨径公路桥梁结构及设计施工方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种反拱基础框架桥的设计及施工方法，本技术采用反拱基础框架桥，因为对于中小跨径桥梁，其具有整体性好、差异沉降小、抗震能力强、过水能力强、造价低、施工便捷等优势，适用于零散分布的农村公路、荷载等级较低的软土地区、水位变化区域等复杂地质环境，此类桥型设计时，优先以贴合河床断面为首选(自然河床断面矢跨比宜≤0.22)；选择圆弧拱轴线底板且顶板宜带微拱；桥梁总跨径宜≤25m。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种反拱基础框架桥结构的设计方法，包括以下步骤：

4、步骤一：根据桥位的地勘报告，评估建桥地点的地质条件、水文条件、环境影响及相邻设施。

5、步骤二：确定桥梁的基本参数和主要技术标准；包括桥梁的跨径、桥宽、公路等级、设计荷载等级、设计速度、地震区划；

6、步骤三：进行桥梁的结构详细设计，包括顶板、桥墩、底板的尺寸、材料类型、钢筋配筋及加工细节；

7、步骤四：对设计的桥梁结构采用桥梁博士软件进行力学性能分析和验算，确保设计满足强度、刚度和稳定性要求；

8、具体操作步骤为：根据实际设计的材料属性输入到材料定义中；利用结构建模建立好反拱基础框架桥的三维模型，输入或调整结构的几何参数和约束条件；把实际设计的钢筋类型、直径、位置、间距在钢筋设计中一一设定；在运营分析中输入桥梁的荷载数据，包括恒载、活载,并且定义桥面定位线，然后进行桥面横向布置；冲击系数采用规范方法进行自动计算；在地震分析中输入桥梁地基m值调整系数，选择要验算的构件，支座信息沿用施工阶段的设置，然后选用公路桥梁水平反应谱2020，并输入相对应地区的反应谱参数，选择计算地震的方向及计算方法等参数；在结果查询里查看抗弯、抗剪、应力、挠度承载能力极限状态验算和正常使用极限状态验算，根据结果查询得到的计算结果评估是否满足规范要求、结构是否稳定和安全；抗震分析在结果查询里查看桥梁结构在地震作用下的受力、位移等响应结果，根据抗震分析得到的结构响应评估结构的性能是否满足规范要求。

9、作为本发明进一步的方案：还包括以下步骤：

10、步骤五：根据详细设计阶段的结果，绘制施工图纸，包括工程数量汇总表、桥位平面图、桥型布置图、钢筋构造图、施工细节图(桥面铺装、护栏、排水等)。

11、作为本发明进一步的方案：在步骤四中：获取抗弯承载力、抗剪承载力、应力容许值、挠度容许值、沉降允许值，并分别标记为mu、vu、σa、fa、sa；

12、通过公式，计算得到桥梁状态能力值zqn；其中，a1、a2、a3、a4均为分项系数，md、vd、σd、fd、sd分别为设计弯矩值、设计剪力值、验算应力值、验算挠度值、验算沉降值；

13、若桥梁状态能力值zqn小于桥梁状态能力阈值时，生成桥梁状态不合格信号。

14、作为本发明进一步的方案：抗弯承载力分项系数a1的获取过程为：

15、获取与抗弯承载力相关基本变量(如材料强度、荷载效应等)的概率分布类型和统计数据及规定的可靠指标，按照规范《公路工程结构可靠性设计统一标准》(jtg2120-2020)规定的form方法计算分析，并结合工程经验，经优化确定。当缺乏统计数据时，可根据传统的或经验的设计方法，由规范规定的确定性方法进行抗弯承载力分项系数a1的确定，得到抗弯承载力分项系数a1。

16、作为本发明进一步的方案：抗剪承载力分项系数a2的获取过程为：

17、获取与抗剪承载力相关基本变量(如材料强度、荷载效应等)的概率分布类型和统计数据及规定的可靠指标，按照规范《公路工程结构可靠性设计统一标准》(jtg2120-2020)规定的form方法计算分析，并结合工程经验，经优化确定。当缺乏统计数据时，可根据传统的或经验的设计方法，由规范规定的确定性方法进行抗剪承载力分项系数a2的确定，得到抗剪承载力分项系数a2。

18、作为本发明进一步的方案：应力分项系数a3的获取过程为：

19、获取与应力相关基本变量(如材料特性、几何尺寸等)的概率分布类型和统计数据及规定的可靠指标，按照规范《公路工程结构可靠性设计统一标准》(jtg2120-2020)规定的form方法计算分析，并结合工程经验，经优化确定。当缺乏统计数据时，可根据传统的或经验的设计方法，由规范规定的确定性方法进行应力分项系数a3的确定，得到应力分项系数a3。

20、作为本发明进一步的方案：挠度分项系数a4的获取过程为：

21、获取与挠度相关基本变量(如材料特性、几何尺寸等)的概率分布类型和统计数据及规定的可靠指标，按照规范《公路工程结构可靠性设计统一标准》(jtg2120-2020)规定的form方法计算分析，并结合工程经验，经优化确定。当缺乏统计数据时，可根据传统的或经验的设计方法，由规范规定的确定性方法进行挠度分项系数a4的确定，得到挠度分项系数a4。

22、作为本发明进一步的方案：沉降分项系数a5的获取过程为：

23、获取与沉降相关基本变量(如地基特性、底板尺寸等)的概率分布类型和统计数据及规定的可靠指标，按照规范《公路工程结构可靠性设计统一标准》(jtg2120-2020)规定的form方法计算分析，并结合工程经验，经优化确定。当缺乏统计数据时，可根据传统的或经验的设计方法，由规范规定的确定性方法进行沉降分项系数a5的确定，得到沉降分项系数a5。

24、作为本发明进一步的方案：当得到桥梁状态不合格信号时，获取该桥梁模型设计的抗弯承载力比值、抗剪承载力比值、应力容许比值、挠度容许比值、沉降允许比值，并进行比较，判断造成桥梁状态不合格的影响因素，基于影响因素对桥梁模型进行修改。

25、作为本发明进一步的方案：各个比值的获取过程为：

26、将设计弯矩值与承载能力极限状态的抗弯承载力进行比值计算，得到抗弯承载力比值；

27、将设计剪力值与承载能力极限状态的抗剪承载力进行比值计算，得到抗剪承载力比值；

28、将验算应力值与正常使用极限状态的应力容许值进行比值计算，得到应力容许比值；

29、将验算挠度值与正常使用极限状态的挠度容许值进行比值计算，得到挠度容许比值；

30、将验算沉降值与正常使用极限状态的沉降允许值进行比值计算，得到挠度容许比值。

31、一种反拱基础框架桥的施工方法,包括以下步骤：

32、步骤1：筑坝围堰抽水；

33、步骤2：反拱断面开挖；

34、步骤3：抛填毛石；

35、步骤4：砂浆灌缝并垫层；

36、步骤5：反拱底板施工；

37、步骤6：桥墩施工；

38、步骤7、顶板施工；

39、步骤8、桥面铺装施工；

40、步骤9：附属设施安装。

41、本发明的有益效果：

42、本发明结构设计方面：本发明的反拱基础框架桥结构具有施工便捷、受力性能良好且维护方便等特点。对比于传统的箱型框架桥，反拱基础框架桥体积更小，对结构的沉降影响更小，具有贴合河床断面的底板，受力性能更好。对比于预应力空心板梁桥，反拱基础框架桥不需要大型吊装设备和桩基钻孔设备，可避免进行干线拆移；其采用现浇施工可方便实施变截面梁端，优化交叉口平面线形；其梁高小，可更好的保障泄洪空间；顶板设计成微拱利于桥面排水。