王欣 吳平 姜金斌

部分斜拉橋具有結(jié)構(gòu)輕巧、外形美觀、跨徑布置靈活、施工簡便以及經(jīng)濟性好等優(yōu)點[1],是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ臉蛐?目前在我國得到了廣泛的應(yīng)用。但隨著城市橋梁的加寬,加上為減少多索面斜拉索的零亂感而采用單索面結(jié)構(gòu),使其寬跨比較大,荷載的橫向分布較為復(fù)雜,其相應(yīng)的結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)造、設(shè)計方法及施工工藝等均有特殊的要求,因此對該類橋梁深入研究是非常必要的。

1 工程簡介

本工程位于余姚市城區(qū)中部,南至四明東路,北至陽明東路,最良江橋梁是連接江南片和江北片交通的一條主要交通通道。規(guī)劃水域?qū)挾燃s70 m,通航水位為1.32 m,通航等級為四級,橋型設(shè)計時應(yīng)在滿足交通功能前提下,以橋梁與城市、自然生態(tài)環(huán)境相互融合為原則,最終采用76 m+76 m兩跨單索面部分斜拉橋結(jié)構(gòu),中央設(shè)置3.5 m寬拉索布置區(qū),南側(cè)跨橋梁總寬度為26.5 m,北側(cè)跨橋梁總寬度為35.0 m,見圖 1。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁,單箱五室斜腹板截面,箱梁中線處高度2.50 m,箱梁寬度為26.5 m,兩側(cè)懸臂均為2.05 m。箱梁頂板厚25cm,斜拉索錨固區(qū)加厚為50cm;邊腹板厚50cm,中腹板厚45cm。標準橫隔板每6.0 m布置一道,與斜拉索索距對應(yīng)。最良江側(cè)人行道板擱置在箱梁外挑懸臂梁上,懸臂梁設(shè)置間距同箱梁橫隔板,標準厚度為45cm,采用預(yù)制拼裝。箱梁江中一側(cè)采用掛籃施工,每節(jié)段長6.0 m,標準段重量約為 377.0 t。

主塔采用鋼壁結(jié)構(gòu),內(nèi)灌補償收縮混凝土。橋塔外輪廓采用橢圓形截面,承臺以上塔高62.7 m,橋面以上塔高51.6 m。從梁面以上45 m范圍內(nèi)為塔柱主要受力結(jié)構(gòu),最上面7 m部分為塔尖部分,僅起造型作用。

塔柱共設(shè)9對斜拉索,采用雙排索面扇形布置,塔上斜拉索位置均設(shè)置裝飾球。斜拉索張拉端設(shè)在箱梁內(nèi),塔上斜拉索通過分絲管貫通,塔側(cè)設(shè)置抗滑錨筒,抗滑錨在斜拉索張拉完后安裝。

3 設(shè)計要點

1)為了減少多索面斜拉索的零亂感,本橋在35.0 m超寬的橋面上采用單索面結(jié)構(gòu),其寬跨比較大,荷載的橫向分布與上部結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān),其受力特點有別于普通窄橋,所以必須對其進行專門的荷載橫向分布和穩(wěn)定性分析,不能盲目地借鑒于普通窄橋的相關(guān)結(jié)論[3]。

2)本橋為了提高橫向面外穩(wěn)定性,采用了塔、梁、墩固結(jié)體系,邊墩采用抗扭支座,上部結(jié)構(gòu)采用了整體箱梁截面[4-6]。

3)由于斜拉索的張拉力將引起整個結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分布,包括索、梁分擔(dān)荷載比以及箱梁結(jié)構(gòu)的橫、縱向荷載分布等,因此應(yīng)作為重點設(shè)計參數(shù)。本橋斜拉索的張拉力除了考慮以線形偏差最小為目標及附帶線形調(diào)整約束條件的線性優(yōu)化方法來確定外[7],還受到橋塔內(nèi)的索鞍尺寸的約束。

4)由于本橋結(jié)構(gòu)特性介于部分斜拉橋和斜拉橋之間,因此采用了索梁活載比對該橋進行界定。

5)由于本橋兩側(cè)橋面寬度分別為26.5 m和35.0 m,導(dǎo)致兩側(cè)存在不平衡的自重荷載和二期荷載,通過26.5 m寬橋面?zhèn)葔褐匾约皟蓚?cè)箱梁預(yù)應(yīng)力的不對稱設(shè)計來平衡兩側(cè)不對稱的自重荷載和二期荷載,而通過成橋階段二次調(diào)整斜拉索索力來調(diào)整成橋階段的整體位移和線形。

6)由于本橋橋岸側(cè)采用支架施工,江中一側(cè)采用掛籃施工,導(dǎo)致施工期間兩側(cè)的恒載不平衡,施工期間需要根據(jù)實測的橋塔位移和調(diào)整下階段的斜拉索索力來抵消由于索鞍處摩阻力較大產(chǎn)生的兩側(cè)不平衡索力的不利影響。

4 結(jié)構(gòu)計算

本橋整橋計算采用平面計算模型,并采用梁格理論建立全橋空間結(jié)構(gòu)模型進行驗算,計算結(jié)果證明由于采用了相應(yīng)的構(gòu)造措施,采用平面計算模型的計算結(jié)果與空間計算模型的結(jié)構(gòu)相差很小,可以滿足實際工程設(shè)計需要。其中設(shè)計荷載計入自重、橋面系自重、預(yù)應(yīng)力、收縮徐變、不均勻沉降等恒載及人群、汽車、風(fēng)載和溫度等活載;施工方法采用橋岸側(cè)一側(cè)支架、江中一側(cè)掛籃的施工方法。經(jīng)計算箱梁應(yīng)力、剛度和強度均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

5 重要設(shè)計參數(shù)分析

由于本橋結(jié)構(gòu)特性介于部分斜拉橋和斜拉橋之間,因此采用了索梁活載比對該橋進行部分斜拉橋的界定。索梁活載比即為活載作用下的索與梁的響應(yīng)以比值的形式來表征,當(dāng)二者的比值在0.5以下時,為典型的矮塔斜拉橋,大于0.5時為斜拉橋。

本橋的索梁活載比為1/3.82,判定本橋為部分斜拉橋,斜拉索的安全系數(shù)為2.0,計算結(jié)果詳見表1。

表1 均布荷載作用下各拉索內(nèi)力和支座反力匯總表

6 結(jié)語

1)為了滿足景觀要求,減少多索面斜拉索的零亂感,在超寬橋面上采用單索面部分斜拉橋結(jié)構(gòu),可以得到較好的經(jīng)濟和景觀效益。2)在超寬的橋面上采用單索面結(jié)構(gòu),其寬跨比較大,荷載的橫向分布與上部結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān),其受力特點有別于普通窄橋,所以必須對其進行專門的荷載橫向分布和穩(wěn)定性分析,須采用空間結(jié)構(gòu)模型對平面計算模型的計算結(jié)果進行驗算,采取必要的構(gòu)造措施提高橫向面外穩(wěn)定性。3)對于部分斜拉橋結(jié)構(gòu)特性不明顯的橋型,可以采用索梁活載比進行部分斜拉橋的界定。4)對于兩側(cè)存在不平衡的荷載的部分斜拉橋,應(yīng)采用壓重以及兩側(cè)預(yù)應(yīng)力的不對稱設(shè)計來平衡,斜拉索索力僅用來調(diào)整成橋階段的整體位移和線形。5)部分斜拉橋的斜拉索采用騎跨式布置,會導(dǎo)致索鞍處摩阻力較大,應(yīng)引起設(shè)計上的足夠重視。6)人行道采用預(yù)制外掛式,可以有效降低人行過橋的高度,同時減小了掛籃施工期間的懸臂自重,降低了超寬橋面單索面部分斜拉橋施工期間的橫向面外失穩(wěn)風(fēng)險。

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