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        瀝桂大橋主橋總體設(shè)計

        2016-11-16 07:48:35胡智敏安麗勇黃龍?zhí)?/span>
        城市道橋與防洪 2016年10期
        關(guān)鍵詞:主塔主橋斜拉橋

        陳 偉,胡智敏,安麗勇,黃龍?zhí)?/p>

        (廣東省建筑設(shè)計研究院,廣東 廣州 510010)

        瀝桂大橋主橋總體設(shè)計

        陳 偉,胡智敏,安麗勇,黃龍?zhí)?/p>

        (廣東省建筑設(shè)計研究院,廣東 廣州 510010)

        瀝桂大橋主橋采用主跨為160 m的預(yù)應(yīng)力混凝土獨塔雙索面斜拉橋,主梁采用超寬扁平混凝土箱梁,橋?qū)?2.0 m,是目前國內(nèi)寬度最大的混凝土斜拉橋,對大橋的設(shè)計情況進(jìn)行了總結(jié),為超寬混凝土斜拉橋設(shè)計提供一些經(jīng)驗。

        獨塔;雙索面;超寬混凝土梁;斜拉橋設(shè)計

        1 概述

        瀝桂大橋工程全長983.5 m,兩側(cè)接線引長約262.4 m。引橋雙向六車道,寬度為26.0 m;主橋起點處有一對上下單車道匝道匯入,為了滿足車道數(shù)變化的需要,主橋需要增加2條車道,即采用雙向八車道。

        主橋跨徑組合為160 m+120 m,橋?qū)?2.0 m。是目前國內(nèi)在建的最寬的獨塔混凝土斜拉橋。平面圖如圖1所示。

        圖1 瀝桂大橋平面圖

        2 建設(shè)條件

        2.1水文與地質(zhì)條件

        項目位于佛山市南海區(qū),屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候,年平均氣溫21.9℃,1月最冷,平均氣溫為13℃,最低記錄為-1.9℃。7月最熱,平均氣溫為28.5℃,最熱的記錄為38.5℃。年均降雨量為1 694 mm,最大月雨量大部分發(fā)生在5、6月間,月降雨量最大值為550~650 mm。秋、冬季盛行東北風(fēng),春、夏季盛行東南風(fēng),平均風(fēng)速2.5 m/s。7~10月為臺風(fēng)季節(jié),對本地區(qū)有較大影響的臺風(fēng)每年1~2次。

        橋址處地貌類型屬于珠江三角洲平原腹地,屬沖積平原地貌單元,地形較為平坦。擬建場地地層按地質(zhì)成因依次分為第四系素填土層,第四系沖洪成因的淤泥質(zhì)土、細(xì)砂、粉質(zhì)黏土、粉砂、礫砂和殘積成因的粉質(zhì)黏土,下伏基巖主要為白堊系的泥質(zhì)砂巖、砂礫巖、砂巖。

        2.2通航條件

        橋址處河道比較順直,水面寬約100 m,橋梁與河道斜交角為20.8°。河床底標(biāo)高-2.78 m,河流自西向東流。橋址處河道通航等級為限制性Ⅴ級航道,雙向通航孔凈寬不小于80.0 m,凈高不小于5.5 m。最高通航水位2.964 m。

        2.3設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

        (1)道路等級:城市主干道。

        (2)設(shè)計車速:60 km/h。

        (3)荷載等級:設(shè)計荷載為城-A級,并按公路-Ⅰ級進(jìn)行驗算;人群荷載集度采用3.5 kN/m2。

        (4)抗震要求:場區(qū)的抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計基本地震加速度值為0.10 g。

        (5)設(shè)計風(fēng)速:基本風(fēng)速取31.3 m/s,場地類別按B類考慮。

        (6)船只撞擊力:按1 000 t級船只計。

        (7)縱坡:主橋采用對稱縱坡,關(guān)于主塔中心對稱,南、北側(cè)縱坡均為1.9%,豎曲線半徑為2 800 m。

        3 主橋設(shè)計

        3.1橋型及總體布置

        瀝桂大橋主橋為120 m+160 m獨塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土梁斜拉橋,邊中跨比為0.75,全長280 m。

        主橋橫斷面布置為:3 m(人行道)+2.0 m(拉索區(qū))+15.5 m(車行道)+1.0 m(分隔帶)+15.5 m(車行道)+2.0 m(拉索區(qū))+3 m(人行道)=42.0 m。

        主橋立面圖如圖2所示。

        圖2 主橋立面圖

        3.2主梁設(shè)計

        主橋上部結(jié)構(gòu)采用扁平箱形預(yù)應(yīng)力混凝土主梁,箱梁采用C55混凝土。箱梁全寬42.0 m,單箱三室。箱梁中心線處梁高3.0 m,高跨比為1/53.3。箱梁橫坡由腹板高度調(diào)整,中底板保持水平,邊底板傾斜,頂板設(shè)2%對稱橫坡。

        箱梁腹板厚度30 cm;0#塊(B0梁段)腹板厚度由30 cm變化至60 cm。標(biāo)準(zhǔn)段箱梁底板厚度25 cm,0#塊(B0梁段)底板厚度由25 cm變化至60 cm;標(biāo)準(zhǔn)段箱梁頂板厚28 cm,0#塊(B0梁段)頂板厚度由28 cm變化至80 cm;邊跨輔墩和邊墩之間梁段為填充壓重區(qū)段,底板厚度采用40 cm,頂板厚60 cm。

        (1)標(biāo)準(zhǔn)段主梁區(qū)間的橫梁,厚度30 cm,為滿足橫向布置預(yù)應(yīng)力鋼束的需要,橫向梁端厚度60 cm,通過4 m的距離漸變。

        (2)輔助墩位置中橫梁,厚2.0 m。

        (3)主塔位置塔梁固結(jié)段中橫隔梁,厚6.5 m。

        (4)過渡墩位置的端橫隔梁,主跨側(cè)厚2.9 m,邊跨側(cè)厚3.0 m。

        主梁縱向預(yù)應(yīng)力、橫梁預(yù)應(yīng)力和0#塊豎向預(yù)應(yīng)力均采用高強(qiáng)低松弛鋼絞線,標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpk= 1 860 MPa。

        主梁橫斷面圖如圖3所示。

        圖3主梁橫斷面圖

        3.3主塔設(shè)計

        微課指運(yùn)用信息技術(shù)按照認(rèn)知規(guī)律,呈現(xiàn)碎片化學(xué)習(xí)內(nèi)容、過程及擴(kuò)展素材的結(jié)構(gòu)化數(shù)字資源,隨著無線網(wǎng)絡(luò)和手持移動產(chǎn)品的強(qiáng)勢提檔與覆蓋,微課以其容量小、在線流暢觀看的流媒體格式優(yōu)點,在移動學(xué)習(xí)、在線學(xué)習(xí)中漸呈主流態(tài)勢,現(xiàn)已成為一種開放性的新型高效教學(xué)模式。[1]

        橋塔采用異形倒Y形橋塔,包括上塔柱、中塔柱和下塔柱,采用C50混凝土。橋塔全高99.074 m,其中橋塔在橋面以上塔高85.062 m,高跨比為0.532,橋面以下塔高14.012 m。其中中塔柱橫橋向的斜率為1/3.223 9。

        塔柱均采用空心箱形截面,上塔柱采用單向雙室截面,尺寸由6.6 m(橫向)×7.0 m(縱向)漸變到13.021 m(橫向)×7.0 m(縱向);中塔柱采用單向單室截面,尺寸為4.3 m(橫向)×7.0 m(縱向);下塔柱采用矩形實心截面,截面尺寸由4.2 m(橫向)×7.0 m(縱向)變化到7.0 m(橫向)×10.0 m(縱向)。

        索塔下橫梁采用箱形斷面,為預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),截面高度為6.5 m,寬度為6.5 m。

        塔冠裝飾段總高3.0 m,采用橫橋向削角形式,塔冠為壁厚60 cm U形槽,底面設(shè)1%橫向排水坡。

        斜拉索錨固在主塔錨固區(qū)塔柱內(nèi)壁的鋸齒塊上,為了克服斜拉索的水平分力在錨固區(qū)塔柱截面內(nèi)產(chǎn)生拉力,在每根拉索錨固區(qū)截面四周布置了1~4層井字形加勁二次張拉預(yù)應(yīng)力鋼束。

        3.4斜拉索設(shè)計

        主橋為雙索面斜拉橋,斜拉索在梁上錨固于箱梁兩側(cè)橫肋的邊緣位置。主塔兩側(cè)各分布24對,全橋共48對,96根斜拉索,斜拉索在梁上的順橋向間距分別為6 m和2.9 m,塔上的豎向間距為1.5 m 和1.6 m。

        斜拉索采用250型高強(qiáng)度環(huán)氧涂層鋼絞線索,標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpk=1 860 MPa,采用拉索群錨錨固體系。斜拉索兩端錨管內(nèi)設(shè)置減振器。

        斜拉索在主梁和塔上的錨固方式均采用混凝土錨墊塊的錨固方式。

        3.5基礎(chǔ)設(shè)計

        輔墩設(shè)置在離開邊跨邊墩中心線35 m處,橫橋向為門式結(jié)構(gòu),配置6×1.8 m鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ)形式。輔墩的立面位置可通過結(jié)構(gòu)參數(shù)分析獲得發(fā)揮輔墩最佳效果的區(qū)間并結(jié)合梁段施工縫處理后得到其理想位置。

        4 主要計算結(jié)果

        采用大型有限元程序MIDAS/Civil建立全橋分析模型,分別計算各種作用對全橋構(gòu)件產(chǎn)生的效應(yīng),并參照現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行驗算,如圖4所示。

        圖4 MIDAS全橋模型

        4.1斜拉索索力結(jié)果

        通過成橋階段和使用階段分析,在各種工況組合下,拉索最大拉應(yīng)力為715.1 MPa,滿足規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)為2.5的要求,如圖5、圖6所示。

        圖5 成橋索力

        圖6 使用階段索力

        4.2主梁計算結(jié)果

        主梁整體分析結(jié)果表明,主梁縱向預(yù)應(yīng)力配置合理,在運(yùn)營階段混凝土梁受力良好,主梁處于全截面受壓狀態(tài),上緣最大壓應(yīng)力為11.92 MPa,下緣最大壓應(yīng)力為11.02 MPa,最大主壓應(yīng)力為14.0 MPa,均滿足規(guī)范要求,如圖7所示。

        圖7 使用階段標(biāo)準(zhǔn)組合作用主梁最大主壓應(yīng)力(單位:MPa)

        在最不利荷載組合下,主梁最大豎向位移78.5 mm,剛度滿足要求。

        4.3主塔計算結(jié)果

        主塔整體分析和局部分析結(jié)果表明,主塔受力合理,錨固區(qū)預(yù)應(yīng)力配置合理,在各種不利工況下均能滿足規(guī)范要求,如圖8所示。

        5 主橋施工

        主塔承臺基礎(chǔ)施工采用雙層鋼板樁圍堰,鋼板樁規(guī)格為拉森Ⅳ型,單根長度為15 m。先施工圍堰,然后再開挖基坑施工承臺、系梁。

        主塔下塔柱和下橫梁采用支架施工,中塔柱和上塔柱采用爬模施工,每節(jié)施工高度不小于4.0 m,由于中塔柱向內(nèi)傾斜,施工過程中需要增加橫撐以保證結(jié)構(gòu)安全和穩(wěn)定。根據(jù)計算分析,中塔柱施工過程中需要增加3道橫撐,最下面2道橫撐的水平預(yù)頂力為200 t,第三道橫撐的預(yù)頂力為180 t。

        圖8 主塔錨固區(qū)主拉應(yīng)力(單位:N/mm2)

        主梁根據(jù)施工階段分為現(xiàn)澆段、懸澆段和合龍段,其中0#塊和邊跨現(xiàn)澆段采用滿堂支架施工,標(biāo)準(zhǔn)懸澆段采用前支點掛籃施工,主跨和邊跨合龍段均采用吊架施工。

        6 結(jié) 語

        瀝桂大橋主橋為國內(nèi)目前寬度最大的扁平混凝土箱梁斜拉橋,在設(shè)計中吸收借鑒了國內(nèi)較寬斜拉橋的成功經(jīng)驗,同時經(jīng)過計算分析優(yōu)化了一些構(gòu)造尺寸,使結(jié)構(gòu)更加安全合理。瀝桂大橋主橋的建設(shè),對超寬混凝土斜拉橋的設(shè)計與施工都有一定的借鑒意義。

        [1]楊征宇,宋桂峰,樓莊鴻.我國獨塔斜拉橋 [J].預(yù)應(yīng)力技術(shù),2007 (3):7-33.

        [2]肖汝誠,項海帆.斜拉橋索力優(yōu)化及其工程應(yīng)用[J].計算力學(xué)學(xué)報,1998,15(1):118-126.

        [3]陳德偉,范立礎(chǔ),張權(quán).獨塔斜拉橋的總體布置和參數(shù)研究 [J].土木工程學(xué)報,1999,32(3):34-40.

        [4]郭金瓊,房貞政,鄭振.箱形梁設(shè)計理論 [M].2版.北京:人民交通出版社,2008.

        [5]程翔云.梁橋理論與計算[M].北京:人民交通出版社,1990.

        U442.5

        B

        1009-7716(2016)10-0050-04

        10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.10.016

        2016-07-08

        陳偉(1976-),男,福建龍巖人,高級工程遇,總工程師,主要從事橋梁設(shè)計、城市交通研究、地下空間設(shè)計及技術(shù)管理工作。

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