同濟大學建筑設(shè)計研究院（集團）有限公司 上海 200092

摘要：八家堰大橋位于中國（綿陽）科技城新區(qū)，是科技城新區(qū)跨越安昌河的第一座大橋。八家堰大橋概念設(shè)計采用54+90+54m的連續(xù)剛構(gòu)梁橋，上部結(jié)構(gòu)采用波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土（PC）連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用V型橋墩。橋型方案兼顧美學、力學和抗震性能要求，建成后將成為新的城市標志性建筑。

關(guān)鍵詞：波形鋼腹板PC箱梁；V型剛構(gòu)；概念設(shè)計

1 概述

作為中國（綿陽）科技城新區(qū)城市主干路科技城大道的重要節(jié)點工程，跨越安昌河的八家堰大橋建成后將極大方便兩岸交通，為整個科技城新區(qū)發(fā)展提速，將成為新的城市標志性建筑。在概念設(shè)計階段，基于該橋工程地質(zhì)條件、融入現(xiàn)代化科技新城等特點，八家堰大橋采用波形鋼腹板PC箱梁的V型剛構(gòu)組合結(jié)構(gòu)橋梁，解決了城市橋梁在美學、力學和抗震性能等方面的要求[1，2]，并可為今后類似工程項目提供了一定的借鑒作用。

2 研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 波形鋼腹板PC箱梁橋

波形鋼腹板PC箱梁橋的研究與應(yīng)用始于上世紀八十年代。隨跨徑增大，普通PC連續(xù)梁存在著腹板斜裂縫、跨中下?lián)?、自重過重、不利于抗震等不利效應(yīng)。在大跨徑橋梁輕型化研究過程中，法國工程界提出了新型的、結(jié)構(gòu)受力更合理的波形鋼腹板PC組合箱梁結(jié)構(gòu)。

第一座波形鋼腹板PC箱梁橋是法國于1986年修建的Cognac高架橋[3]，上世紀80年代末日本從法國引進技術(shù)并進行了全方位研究，建成和在建橋梁近200座，成為世界上修建最多的國家[3，4]。其他國家如德國、韓國等均將該橋型結(jié)構(gòu)應(yīng)用于橋梁建設(shè)中。

我國自1998年起開始研究波形鋼腹板PC組合箱梁結(jié)構(gòu)，對波形鋼腹板參數(shù)設(shè)計、屈曲特性、抗剪連接件分析剪力滯效應(yīng)及橋梁建造等專題做過研究并取得了重要的進展，目前已有多座橋梁建成和在建，如江蘇淮安長征橋18.5+30.5+18.5m、山東鄄城黃河公路大橋70+11×120+70m、深圳東寶河新安大橋88+156+88m等[4]。

2.2 V型剛構(gòu)橋

預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋始于上世紀五十年代的德國[5]，在六十年代后期理論研究和施工方法逐漸完善，九十年代以后隨著高速公路交通事業(yè)發(fā)展迅猛，預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋梁應(yīng)運而生并快速發(fā)展。近二十多年來國內(nèi)外建成了一些預(yù)應(yīng)力混凝土V型支撐連續(xù)梁橋和連續(xù)剛構(gòu)。如英國卡埃萊斯橋71.9+132+71.9m、泰國Sathorn橋66+92+66m，國內(nèi)的懷化舞水河二橋75+110+75m、桂林雛山漓江大橋67.5+95+67.5m、廣東中山東明大橋60+90+6m等[6]。V型墩連續(xù)剛構(gòu)除了具有普通T型連續(xù)剛構(gòu)橋的優(yōu)點外，受力更合理、景觀效果更美觀、經(jīng)濟性更優(yōu)等，在城市橋梁、風景區(qū)公路常能見到其身影。

3八家堰大橋概念設(shè)計

八家堰大橋所跨越安昌河的河口寬度約240m，工程地質(zhì)構(gòu)造條件較簡單，歷史上有強震記載、地震活動強烈，地殼相對不穩(wěn)定，受“5.12”汶川大地震影響和龍門山主邊界斷裂發(fā)震的影響。

在概念設(shè)計階段為了體現(xiàn)“輕質(zhì)、高強、耐久、美觀”等要求，本文研究并采用了波形鋼腹板PC箱梁的V型連續(xù)剛構(gòu)橋梁，主要基于：1）橋型創(chuàng)新：綿陽多為常規(guī)拱橋和梁橋，多數(shù)服務(wù)年限較長；2）科技城屬性：應(yīng)展現(xiàn)科技內(nèi)含和科技含量，體現(xiàn)現(xiàn)代橋梁設(shè)計水平；3）抗震要求：地處多震區(qū)，應(yīng)考慮采用有利于減少地震反應(yīng)的輕型結(jié)構(gòu)。

3.1 橋型結(jié)構(gòu)選擇

現(xiàn)代城市橋梁不僅要滿足交通功能，更需考慮與周邊環(huán)境、景觀相協(xié)調(diào)。對于依水而建的城市，濱水景觀帶上的橋梁群，是城市水景的組成者和體現(xiàn)者。若橋型平淡，難以成為景觀節(jié)點；若過度張揚，難免阻斷城市景觀的連續(xù)性，產(chǎn)生喧賓奪主的景觀沖突。

八家堰大橋在橋型結(jié)構(gòu)比選時，首先應(yīng)對綿陽現(xiàn)狀橋梁調(diào)查分析?，F(xiàn)有橋梁主要拱橋和梁橋，多數(shù)橋梁經(jīng)過“5·12”地震后，結(jié)構(gòu)底部出現(xiàn)裂縫，后雖經(jīng)過加固處理，但橋梁美觀受到影響，對公眾心理安全也產(chǎn)生影響。若選擇拱橋或者梁橋，未能在形式上創(chuàng)新和突破，與科技城新區(qū)的屬性不相符。

然后，自錨式懸索橋和斜拉橋造價高，橋梁主塔的存在會在城市景觀中過于突出，不宜選用。鋼結(jié)構(gòu)橋梁因自重較輕、抗震性能較好，上部結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生裂縫，然而全鋼結(jié)構(gòu)橋梁與混凝土結(jié)構(gòu)橋梁相比建設(shè)造價過高，維修養(yǎng)護難度和成本高，不宜在城市跨越河道的橋梁中使用。

在概念設(shè)計階段，本文選擇了波形鋼腹板PC組合箱梁的V型連續(xù)剛構(gòu)橋梁。

3.1.1 波形鋼腹板組合箱梁由混凝土頂?shù)装?、波形鋼腹板、橫隔板、體內(nèi)外預(yù)應(yīng)力索構(gòu)成組合箱梁截面體系，充分利用了混凝土抗壓、波形鋼腹板抗剪屈服強度高的優(yōu)點，有效的將鋼、混凝土兩種材料結(jié)合起來，提高了材料的使用效率[8，9]。

波形鋼腹板PC組合箱梁，與傳統(tǒng)PC箱梁及全鋼結(jié)構(gòu)箱梁橋相比，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益：

1）腹板采用較輕的波形鋼板，上部結(jié)構(gòu)自重大幅減輕，下部結(jié)構(gòu)工程量也相應(yīng)減小，極大的降低了工程總造價，改善了經(jīng)濟指標。地震激勵作用效果顯著降低。

2）波形鋼腹板的褶皺效應(yīng)，對縱向彎矩不起抵抗作用，縱向預(yù)應(yīng)力可集中加載在箱梁上、下翼緣板。并且不約束箱梁頂?shù)装逵捎谛熳兒褪湛s等所產(chǎn)生的變形，改善結(jié)構(gòu)性能，避免箱梁截面預(yù)應(yīng)力損失，有效的提高了預(yù)應(yīng)力效率。

3）鋼腹板制作可以實現(xiàn)工廠化、現(xiàn)場拼接施工，懸臂施工時梁體自重減輕，施工過程中減少大量的模板、支架、混凝土澆筑工作，減少節(jié)段數(shù)量，加快施工進程。

4）體外預(yù)應(yīng)力索可以替換，橋梁結(jié)構(gòu)長期運營后出現(xiàn)承載力不足時，或者鋼束磨損、斷裂時，可在封閉交通后進行更換或加固，便于橋梁維修、補強。

5）外荷載、混凝土收縮、徐變等影響下，傳統(tǒng)PC箱梁橋常常在腹板出現(xiàn)裂縫，造成混凝土截面削弱、鋼筋腐蝕等，波形鋼腹板PC箱梁則不會出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)的耐久性較好。

6）波形鋼腹板具有優(yōu)良的層次感和節(jié)奏感，對于大跨度變高度箱梁橋，橋梁立面富有韻律美感。

3.1.2 預(yù)應(yīng)力混凝土V型連續(xù)剛構(gòu)橋作為連續(xù)剛構(gòu)橋的一種，具有橋面連續(xù)、行車平順，梁體內(nèi)內(nèi)力分部合理、充分發(fā)揮高強材料性能，結(jié)構(gòu)整體性能好，抗震能力大的特點。與連續(xù)梁橋和T型剛構(gòu)橋相比具有更合理的力學性能[6，7]。

1）V墩作用使得主梁計算跨度縮短，有效減小跨中和支點的彎矩峰值，降低了梁高，節(jié)約工程材料。主梁建筑高度的減少降低橋面標高、減緩縱坡，對城市橋梁來說，便于行人、非機動車通行，對減少兩岸引橋的高度和長度意義重大，改善總體經(jīng)濟效益。

2）上部結(jié)構(gòu)輕巧美觀，對于跨徑較大的橋梁，主梁采用變高度，梁底線隨著梁高變化而形成一條連綿優(yōu)美的曲線，V型墩頂直線作為主梁曲線的停頓，可以形成強烈的節(jié)奏感。與一般連續(xù)梁、T型剛構(gòu)相比，景觀效果優(yōu)越，可以有效地避免結(jié)構(gòu)景觀的雷同。

3）橋梁整體剛度可以得到大幅提高。特別是對于橋墩較高的橋梁，由于V型支撐的存在，極大的加大了支點附近梁的剛度，并相應(yīng)減小了跨徑，使得結(jié)構(gòu)的撓度較小。