朱南松，甄國(guó)君

（中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院，天津市 300074）

1 概述

蘇揚(yáng)2號(hào)橋位于鄂爾多斯市東勝區(qū)鐵西三期開(kāi)發(fā)片區(qū)的城市主干道西緯六路上。橋梁總長(zhǎng)180 m，全寬50 m，為一座卵形斜塔組合梁特種斜拉橋，跨徑組合其附跨60 m，為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)；主跨120 m，為鋼箱梁；梁高均為2.5 m；采用雙索面、扇形布置，索體采用鋼絞線擠壓錨式索，見(jiàn)圖1。

圖1 蘇揚(yáng)2號(hào)橋

2 設(shè)計(jì)原則及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 設(shè)計(jì)原則

蘇楊公路2號(hào)橋處于蘇楊公路的直線段上跨越昆獨(dú)龍溝規(guī)劃景觀河道，橋梁兩端接開(kāi)發(fā)片區(qū)中規(guī)劃主干道上，在滿足功能要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)與環(huán)境相融合，努力成為該區(qū)域景觀亮點(diǎn)。橋型方案設(shè)計(jì)遵循以下原則：1

（1）橋型方案應(yīng)全面貫徹適用、安全、經(jīng)濟(jì)、耐用、美觀原則，在滿足使用功能的前提下，結(jié)構(gòu)應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟(jì)合理，充分體現(xiàn)當(dāng)今先進(jìn)的建橋新技術(shù)、新水平，富有時(shí)代風(fēng)貌。

（2）大橋所采用的結(jié)構(gòu)和材料，應(yīng)根據(jù)環(huán)境條件充分考慮結(jié)構(gòu)的合理性及材料耐久性，并注重防腐設(shè)計(jì)，提高結(jié)構(gòu)耐久性。

（3）隨著鄂爾多斯市的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，大橋設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)具有一定的前瞻性，并能體現(xiàn)橋梁特色建筑的特點(diǎn)。

2.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）橋梁寬度：橋梁全寬50 m=0.25 m(欄桿)+2.75 m(人行道)+2.75 m(非機(jī)動(dòng)車道)+0.25 m(護(hù)欄)+4 m(機(jī)非分隔帶)+0.25 m(護(hù)欄)+14.625 m(機(jī)動(dòng)車道)+0.25 m(護(hù)欄)+14.625 m(機(jī)動(dòng)車道)+0.25 m(護(hù)欄)+4 m(機(jī)非分隔帶)+0.25 m(護(hù)欄)+2.75m(非機(jī)動(dòng)車道)+2.75 m(人行道)+0.25 m(欄桿),橋塔和斜拉索布置在機(jī)非分隔帶內(nèi)。

（2）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100 a。

（3）結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)：1.1。

（4）荷載標(biāo)準(zhǔn)：機(jī)動(dòng)車：公路-I級(jí)的1.3倍，雙向8車道，非機(jī)動(dòng)車及人群荷載：3 kPa。

（5）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)溫度：1.5℃。

（6）體系溫度：46℃～-43℃。

3 結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

3.1 計(jì)算模型

采用Midas/Civil程序計(jì)算，將結(jié)構(gòu)離散為空間桿系模型，按照結(jié)構(gòu)實(shí)際尺寸和施工過(guò)程進(jìn)行模擬。39個(gè)鋼主梁?jiǎn)卧?6個(gè)混凝土主梁?jiǎn)卧?2個(gè)主塔單元、全橋總共劃分196單元、296節(jié)點(diǎn)，見(jiàn)圖2。

3.2 力學(xué)指標(biāo)

混凝土：C50。軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：fck=32.4 MPa；軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：ftk=2.65 MPa；軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：fcd=22.4 MPa；軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：ftd=1.83 MPa。

圖2 全橋結(jié)構(gòu)離散圖

鋼絞線：φs15.2、1 860級(jí)1×7股高強(qiáng)度低松弛鋼絞線?？刂茝埨瓚?yīng)力為：σCon=0.73fpk=1 357.8 MPa；采用塑料波紋管，管道局部偏差對(duì)摩擦影響系數(shù)k=0.001 5、預(yù)應(yīng)力鋼絞線與管道摩擦系數(shù)μ=0.17；每個(gè)張拉端錨具變形、鋼筋回縮6 mm。

Q345鋼材：軸向應(yīng)力容許值為200 MPa，彎曲應(yīng)力容許值為210 MPa，剪應(yīng)力容許值為120 MPa。

3.3 荷載

二期恒載：包括二期鋪裝、人行道板、護(hù)欄、中央分隔帶等。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土側(cè)為：110 kN/m；鋼梁側(cè)為：170 kN/m。

體系升降溫按44.5℃考慮，非線性溫度按規(guī)范規(guī)定考慮。

收縮徐變時(shí)間：3 650 d；收縮徐變嚴(yán)格按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行計(jì)算。

支座不均勻沉降按1 cm考慮。

橋塔上的裝飾荷載按實(shí)際重量添加，共重：975 kN。

風(fēng)荷載根據(jù)規(guī)范采用，作用于橋塔上。

3.4 荷載組合

根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D62-2004）和《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62-2004）相關(guān)規(guī)定進(jìn)行荷載組合。總計(jì)184種荷載組合，主要進(jìn)行4類荷載組合驗(yàn)算：

（1）短期效應(yīng)組合；

（2）長(zhǎng)期效益組合；

（3）標(biāo)準(zhǔn)荷載組合；

3.5 結(jié)構(gòu)安全驗(yàn)算

結(jié)構(gòu)安全驗(yàn)算包括正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)兩個(gè)方面。

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62-2004）的要求進(jìn)行。結(jié)構(gòu)總剛度驗(yàn)算按《公路斜拉橋設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG-T D65-01-2007T）和《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 025-86）的規(guī)定進(jìn)行。

4 計(jì)算結(jié)果

通過(guò)Midas/Civil結(jié)構(gòu)計(jì)算分析與施工方案多次的循環(huán)修正，總體結(jié)構(gòu)在各種狀態(tài)和荷載組合下，控制截面組合正應(yīng)力、強(qiáng)度、位移、支座反力及拉索張力等均達(dá)到規(guī)范規(guī)定的要求。將計(jì)算結(jié)果拉力和拉應(yīng)力為正，壓力和壓應(yīng)力為負(fù)；彎矩以局部坐標(biāo)系下單元下緣受拉為正，支座反力和位移正負(fù)與總體坐標(biāo)系一致。

4.1 施工階段

成橋階段應(yīng)力見(jiàn)圖3。

圖3 成橋階段應(yīng)力圖

分析鋼塔在無(wú)支架的施工過(guò)程中位移累積和階段應(yīng)力、塔頂水平位移等情況，見(jiàn)表1。本次斜拉索的張拉力要對(duì)鋼塔進(jìn)行復(fù)位，每次斜拉索的張拉力都會(huì)對(duì)其他梁段的索力產(chǎn)生一定影響。

表1 成橋狀態(tài)各部應(yīng)力及位移

由表1可知，成橋狀態(tài)各個(gè)部位的應(yīng)力和位移滿足規(guī)范的要求。

4.2 運(yùn)營(yíng)階段

（1）預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁驗(yàn)算（見(jiàn)表2）

PBL（problem based learning）被稱為“以問(wèn)題為中心的學(xué)習(xí)法”，以學(xué)生為中心，教師為引導(dǎo)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的特點(diǎn)。PBL教學(xué)中指導(dǎo)老師根據(jù)不同規(guī)培階段的培訓(xùn)學(xué)員提出一些具體有針對(duì)性的問(wèn)題，讓他們自己思考以激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣，并通過(guò)討論的方式進(jìn)行，最后由指導(dǎo)老師集中解釋疑惑，并盡可能在超聲操作實(shí)踐中檢驗(yàn)討論結(jié)果。通過(guò)這種方式，可以使學(xué)員們?cè)跁?shū)本中的理論內(nèi)容得到感性體會(huì)，并加深了對(duì)理論的理解和認(rèn)識(shí)。

表2 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁應(yīng)力計(jì)算表

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》7.1.5條，在標(biāo)準(zhǔn)組合下，受壓區(qū)混凝土的最大壓應(yīng)力要求不大于0.5fck=0.5×32.4=16.2 MPa，以上表中計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范的要求。

根據(jù)《公路斜拉橋設(shè)計(jì)細(xì)則》4.4.1條，主梁在車道荷載（不及沖擊力）作用下的最大撓度值，混凝土梁應(yīng)不大于l/500。汽車荷載作用下，預(yù)應(yīng)力混凝土主梁的最大撓度為：0.73 cm<12 000/500=24 cm，滿足規(guī)范要求。

（2）鋼箱梁驗(yàn)算（見(jiàn)表3）

表3 鋼箱梁應(yīng)力計(jì)算表

鋼主梁上下緣最大壓應(yīng)力為133.3 MPa<210 MPa；上下緣最大拉應(yīng)力為：58.8 MPa<210 MPa，因此，滿足規(guī)范要求。

根據(jù)《公路斜拉橋設(shè)計(jì)細(xì)則》4.4.1條，鋼梁在車道荷載（不及沖擊力）作用下的最大豎向撓度值不大于l/400，鋼梁的最大撓度為：16.5 cm<12 000/400=30 cm，滿足規(guī)范容許變形的要求。

（3）主塔應(yīng)力驗(yàn)算（見(jiàn)表4）

表4 主塔應(yīng)力計(jì)算表

主塔上下緣最大壓應(yīng)力為210 MPa出現(xiàn)在塔根底部，此處有內(nèi)部填充混凝土的聯(lián)合作用，因此實(shí)際壓應(yīng)力達(dá)不到210 MPa，可以滿足規(guī)范要求；主塔除塔根外，其他位置均小于210 MPa，所以滿足規(guī)范要求。主塔上下緣最大拉應(yīng)力為99 MPa<210 MPa，滿足規(guī)范要求

5 微膨脹混凝土配比設(shè)計(jì)

鋼混結(jié)合段要求具有一定的膨脹性能，混凝土膨脹率影響混凝土與鋼箱梁之間的密實(shí)程度，進(jìn)而影響鋼混結(jié)合段結(jié)構(gòu)的承載能力，而膨脹率大小取決于混凝土中所用膨脹劑種類和摻量。因此，必須選用合適的膨脹劑和摻量，以保證混凝土的膨脹與強(qiáng)度增長(zhǎng)能匹配協(xié)調(diào)發(fā)展。

本橋?qū)ξ⑴蛎浕炷恋呐浜媳群拖拗婆蛎浡蔬M(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 微膨脹混凝土配合比和限制膨脹率試驗(yàn)結(jié)果

6 結(jié)語(yǔ)

（1）本橋主跨采用鋼箱梁，自重小、強(qiáng)度高、跨越能力大，且外觀流暢輕盈。邊跨采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁，既為平衡主跨提供了所需的重量，又節(jié)省了工程造價(jià)。同時(shí)明顯提高了結(jié)構(gòu)剛度。鋼箱梁與混凝土梁通過(guò)鋼混結(jié)合段實(shí)現(xiàn)受力過(guò)度連接。

（2）主塔在運(yùn)營(yíng)階段正常使用極限狀態(tài)情況下，最大壓應(yīng)力，不滿足規(guī)范要求。主要是有限元計(jì)算模型主塔混結(jié)合段是鋼箱梁代替混合梁，與實(shí)際情況有一定的偏差。由于主塔根部填充混凝土，實(shí)際運(yùn)營(yíng)階段的應(yīng)力要比簡(jiǎn)化的計(jì)算模型的結(jié)果要小，滿足規(guī)范的規(guī)定。

（3）整體施工流程也是決定成橋結(jié)構(gòu)狀態(tài)的關(guān)鍵因素。通過(guò)對(duì)塔頂位、塔底應(yīng)力、主梁位移及主梁應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，確定本橋施工流程。

該橋現(xiàn)已投入運(yùn)營(yíng)3年，養(yǎng)護(hù)部門(mén)嚴(yán)格按照國(guó)家有關(guān)規(guī)范要求隨時(shí)跟蹤建設(shè)質(zhì)量，按年、按月對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)、保養(yǎng)、維護(hù)，從來(lái)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)蘇揚(yáng)2號(hào)橋有任何安全問(wèn)題。因此蘇揚(yáng)2號(hào)橋設(shè)計(jì)安全可靠，運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定。

[1]中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院.蘇揚(yáng)2號(hào)橋施工圖設(shè)計(jì)[Z].2009.

[2]林元培.斜拉橋[M].北京:人民交通出版社,2004.

[3]JTG/T D65-01-2007,公路斜拉橋設(shè)計(jì)細(xì)則[S].2007.