浅谈横琴二桥钢桁拱矢跨比的选取（交通）
任巍峰
（中铁第四勘察设计院集团有限公司 武汉 430063）
摘要以珠海横琴二桥钢桁拱方案设计为背景，通过参数化分析，建立简化模型，分析对比不同矢跨比下钢桁拱刚度、强度、造价等各项指标。根据得到的数据拟合曲线，综合分析对比得出横琴二桥钢桁拱方案合理的矢跨比。
关键词 矢跨比 参数化分析钢桁拱
1工程概况
珠海横琴二桥是珠海金港路横琴北段控制性工程。金港路起点接洪湾枢纽互通立交，北连广珠西线高速和港珠澳大桥，南接横琴新区的中心南路。横琴二桥在横琴大桥上游6 km处跨越洪湾水道，距离上游磨刀门水道约3.3 km。横琴二桥是沿海城市桥梁，设计必须结合景观、结构、环保等方面综合考虑：①桥梁造型应与自然景观、城市风光相协调；②适当加大桥梁跨径，减少洪水、潮汐对水中墩及基础的影响；③优化结构，做到经济、合理，减少投资，缩短建设周期。
通过分析比较，珠海横琴二桥主桥采用100m+400 m+100 m钢桁拱方案，大桥穿越洪湾水道连接横琴岛，体现“桥一水一岛”自然与环境的统一，图1为珠海横琴二桥主桥周边环境图。图中情侣路沿海铺建，曲折蜿蜒，与主桥形成自然和人文的相互交融。
下面主要介绍如何选取横琴二桥合理的矢跨比。
2跨度选取
珠海横琴二桥主桥跨越洪湾水道，洪湾水道通航净宽要求不小于330 m。洪湾水道是向南凸起，主航道偏向南侧。珠海横琴二桥主桥距既有西域码头不足140 m，北主墩承台边应设在西域码头岸线以内。洪湾水道、既有西域码头、横琴二桥主墩、边墩相对关系见图2。
考虑到堤防要求：K2+150及K2+650为两岸大堤，基础距大堤应保持有一定距离。南岸K2+570处水下地形较陡，应避开。综合上述分析，主墩净跨要求大于372 m，考虑到基础尺寸约20 m，主跨要求大于392 m，并考虑边跨对堤防的影响，主跨确定为400 m，北主墩中心里程为K2 +189，南主墩中心里程为K2+589。主桥桥墩平面布置见图2。
珠海横琴二桥主桥钢桁拱方案跨度确定为400 m，根据公式f（矢跨比）=H（矢高）/L（跨度），如何选取合理的矢高，成为横琴二桥全桥设计的关键。
3参数化分析
参考国内外已建或在建的部分不同跨度的钢桁架拱桥矢跨比数据进行对比分析，见表1。
由表1可见，跨径300～600 m钢桁架拱桥的矢跨比多在1／4～1／5。根据这一规律，结合横琴二桥主桥特点，把横琴二桥矢跨比作为参数，制定矢高比参数化图见图3，矢跨比分为5个等级，分别建立有限元模型进行对比分析。
建立MIDAS空间有限元模型，该模型考虑的静力荷载工况总计为15种，分别是：自重、边跨简支梁配重、电缆槽恒载、凝土桥面板自重、桥面二期恒载混；吊杆初张力、系杆拉力；有车横风、无车横风、有车顺风、无车顺风；整体升温、整体降温、日照升温、寒潮降温等。
为了得到不同矢跨比下主桥刚度、强度及总造价等指标，通过上述模型的简化计算，分析了不同矢跨比下相对应的各个指标，如主桥拱顶竖向位移、主拱最大轴力和总用钢量等参数指标，绘制得到参数化综合对比表，见表2。
由表2可见，随着矢跨比由1／5增大至1／4时，拱顶位移由68 cm减小至17 cm，刚度随矢跨比加大而增加；轴力由91 090 k N增大到98 800 k N，弯矩由20 100 k N．m减小至19 280 k N．m，强度随矢跨比加大而加大；总用钢量由21 900 t增加至22 600 t，总造价随矢跨比加大而增加。从上述数据看出：矢跨比变化与各个指标的规律不一致，不能根据一个指标确定矢跨比。
本文以矢跨比为横轴，拱顶竖向位移、主拱最大轴力和总用钢量为纵轴，把各个指标与矢跨比的关系拟合成曲线汇总在一张表上进行综合对比，曲线拟合综合对比见图4。
由图4可见，随着矢跨比由1/5增大至1／4时，刚度随矢跨比加大而增加，强度随矢跨比加大而加大，总造价随矢跨比加大而增加。当矢高为90 m，矢跨比f=1／4.4时，桥梁的刚度、强度指标均保持在最合理的范围内，结构用钢量（造价）最省。
4结论
通过上述分析得出结论：珠海横琴二桥钢桁拱方案选取最合理矢跨比为f=1／4.4，该方案同比优化了钢桁拱桥的刚度和强度各项指标，同时减少了结构用钢量600多t，基础结构尺寸减小15%以上，大大降低了工程造价。合理的矢跨比选取将使横琴二桥钢桁拱桥成为珠海地标性建筑奠定了基础。
