宝鸡蔡家坡渭河特大桥采用中承式钢箱提篮拱桥结构形式，主桥跨径布置为50m+180m+50m，大桥拱肋由两片内倾20°斜靠钢箱拱肋组成，见图1。拱肋在拱脚位置分为两肢，上肢拱轴线在拱肋平面内轴线为悬链线，计算跨径210m，矢高45m，m=1.6；下肢拱轴线在拱肋平面内轴线为悬链线，计算跨径180m，矢高45m，m=2.3；上、下两肢拱肋在距离跨中74.2m处交汇形成同一截面。拱肋在与桥面系交汇位置各设置一道下横梁，在桥面以上设置三道横撑联系。拱脚位置设置钢混结合段与混凝土拱座连为一体，结合段通过剪力钉、PBL键和预应力钢棒将钢拱脚和混凝土拱座可靠连接。

图1  蔡家坡渭河（单位：cm）特大桥总体布置

桥面标准横断面见图2，桥面总宽度36m，桥面横向布置为2.5m（人行道）+2.0m（吊杆锚固区）+2.5m（非机动车道）+0.5m（护栏）+10.25m（行车道）+（中央分隔带）+10.25m（行车道）+0.5m（护栏）+2.5m（非机动车道）+2.0m（吊杆锚固区）+2.5m（人行道）。桥面系主要采用纵横梁体系，横断面两侧设置两根箱形主纵梁，主纵梁宽2m，高1.848m。在两道主纵梁之间设置工字型横梁，横梁上设置两道工字型小纵梁，将横梁连接形成纵横梁格体系，小纵梁距离截面中心线4.98m，横梁与纵梁之间连接均采用栓接。正交异形桥面板支撑在横梁上，正交异形桥面板采用U型加劲肋提高局部刚度。

图2  蔡家坡渭河（单位：cm）特大桥标准断面图

1.1地质条件特点

本桥地处宝鸡市渭河中上游区域，属典型新生代断陷盆地，桥位地质由上而下为第四系全新统卵石，晚更新冲积洪粉质黏土、粗砂，冲湖洪粉质黏土，中新统冲积洪粉质黏土。拱脚位置卵石土层厚度11~14m，qk1=150KPa；冲积洪粉质黏土层厚13~14m，qk2=55KPa；圆砾层厚6~10m，qk3=145KPa；冲积洪粉质黏土层厚8~12m，qk4=60KPa；冲积洪粉质黏土层厚15~20m，qk5=75KPa。本桥地质条件与传统有推力拱桥的地质差别较大，传统有推力拱桥基础多为岩石基础。

2.1 分析方法与计算模型
为了分析大倾角提篮拱桥总体力学性能，利用商业分析软件Midas Civil建立空间杆系模型分析其总体受力特性。在结构分析中建立全桥空间杆系有限元模型，将拱肋离散为梁单元，桥面系采用梁格进行模拟计算，正交异形桥面板采用软件内置正交异形板单元进行模拟，计算模型见图3。

图3 有限元计算模型

在结构计算分析中考虑桩土联合作用，基础土体对桩基约束作用按照土弹簧施加在桩基上，弹簧刚度k按m法计算所得。结构计算分析中按实际加工过程进行模拟，先安装钢梁，后安装拱肋，再张拉吊杆。结构分析中考虑结构自重、温度作用、车辆作用、人群作用、基础变位及风作用，作用取值参照现行规范取值。

2.2 总体静力性能分析
有限元分析结果表明，在结构自重和使用荷载共同作用下，拱肋受力基本以受压为主。拱肋结合区段截面上、下缘均为受压状态；拱肋分肢区段上肢由于受到下横梁传递来的较大竖向力，在其拱脚位置截面上缘小范围出现拉应力；拱肋分肢区段下肢虽然也受到下横梁传递来的较大竖向力，但由于其拱轴线较陡，故上、下缘未出现拉应力。在荷载标准值组合下，拱肋上下缘出现的最大应力见图4所示，在非分肢区段拱肋压应力很均匀，各断面出现应力最大值110~130MPa左右；分肢段上肢拱肋最大压应力188MPa，最大拉应力113MPa；下肢拱肋最大压应力140MPa，最大拉应力57MPa。钢拱肋应力均在合理受力水平范围内，由此可见本桥拱轴线选择较为合理。

在荷载标准值组合下两侧主纵梁应力分布情况见图5，主跨吊杆范围内主纵梁受力均很小。因为吊杆区域桥面荷载通过横梁直接传递至吊杆，由吊杆传递至主拱承担，故该范围主纵梁应力均很小。边跨范围主梁以受弯为主，截面上缘受压，下缘受拉，该区域的应力水平明显高于主跨钢梁的应力。边跨主纵梁在荷载标准值组合下截面上缘出现最大压应力137MPa，下缘出现最大拉应力128MPa，应力水平均处于可控范围。

分析结果表明，本桥横梁、小纵梁、横撑及下横梁应力均处在合理水平，在荷载标准值组合下均未超过180MPa。由此可见本桥总体受力状态均处在合理状态，拱肋和纵梁的钢板厚度均可按其受力特点进一步进行优化，按照应力大小选择合理钢板厚度。

2.3 结构稳定性分析
结构在运营阶段，同时考虑结构自重、车道满载和横风作用作为稳定分析的可变作用，分析本桥的屈曲稳定性。前四阶的失稳形态见图6，一阶稳定系数9.5，失稳形态为拱肋横向非对称失稳，在一侧四分点附近出现横向最大位移。二阶稳定系数12.6，失稳形态为拱肋横向对称失稳，两侧四分点和跨中位置沿横向向相反方向变形。三阶稳定系数23.7，失稳形态为拱肋以道路中心线为对称发生横向变形。四阶稳定系数为25.3，失稳形态以道路中心线为对称发生与第三阶相反方向的横向变形。

以上分析结果表明，本桥的失稳均为拱肋失稳，前四阶失稳形态均为横向失稳，最小稳定系数9.5，拱肋的横撑设置较为合理，结构具有良好的稳定性。

3.1 分析参数的选取
依托工程地质以卵石土层和粉质黏土层为主，承台的水平力通过桩身传递至土体，易发生长期变形。长期变位的取值分别按照成桥时承台水平位移的4%、6%、8%和10%四种情况进行考虑。其中成桥状况是承台弹性变位可按桩土联合作用计算，土体对桩基础的支撑作用按m法选取。计算所得承台弹性变形8cm，故分析中分别按照3.2mm、4.8mm、6.4mm和8mm考虑。

3.2对拱肋力学性能的影响
在不同基础变位作用下支点拱脚水平推力有明显变化，变位引起水平推力的释放较为明显，基础变位达到8mm时，水平推力减小约3%。拱顶位置最大弯矩的变化见图7，随着拱脚水平位移增加，拱顶弯矩明显增大，位移达到8mm时拱顶弯矩增大9%。拱顶部上缘应力和拱脚下缘应力随拱脚水平位移变化趋势见图8，拱顶部压应力会随着弯矩的增加而增大，位移达到8mm时顶部应力增加约7%。拱脚下缘应力会随着水平位移的增加而略有减小，这是由于拱脚承受的负弯矩会随着拱脚水平位移增加而略有减小，故该位置的应力略有减小，但变化不是特别明显。

3.3合理预案分析
由于土体的刚度和强度受到地下水位、固结状况等诸多因素的影响，因此其长期变形具有较高的不确定性。分析结果表明基础变位对结构的受力影响较为明显，为了保证该桥能正常运营，需要考虑合理的预案。考虑到本桥用两侧设置两道钢箱主纵梁，可在两侧下横梁位置预留体外索锚固构造，并在主纵梁底板按照一定距离设置体外束定位器，在运营过程中拱脚如出现明显限载，可通过安装并张拉体外预应力作为水平拉杆为拱肋提供水平力。计算分析结果表明，系杆水平力与拱顶弯矩的关系见图9，每施加120t水平拉力能降低拱顶弯矩约10t*m，50t拉索水平力可消除3.2mm拱脚基础变位带来的影响。由此可见更需要增设水平拉杆是一种可行的预案，可操作简单便捷。