黃晟

摘 要 與傳統(tǒng)斜拉橋橋塔不同，本斜拉橋采用拱形橋塔。本文以該橋?yàn)槔?，介紹半橢圓拱形塔斜拉橋的設(shè)計(jì)。針對(duì)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)建立空間有限元模型，結(jié)構(gòu)計(jì)算分析表明：該橋各主要構(gòu)件受力、剛度及整體穩(wěn)定性均滿(mǎn)足規(guī)范要求。該橋的成功建設(shè)可為同類(lèi)橋梁設(shè)計(jì)和施工提供范例。

關(guān)鍵詞 斜拉橋;拱形橋塔;π型截面;橋梁設(shè)計(jì)

1工程概況

本項(xiàng)目位于安徽省臨泉縣城南新區(qū)，是臨泉縣城未來(lái)發(fā)展的主要方向，以高品質(zhì)居住、公共服務(wù)為主的城市新區(qū)。

橋梁位于縣城南北向中軸線(xiàn)主干道上，是南向入城的門(mén)戶(hù)。橋梁跨越公園景觀水系，景觀要求較高。

橋梁采用獨(dú)塔斜拉橋，跨徑組合：2×84m，橋塔采用拱形結(jié)構(gòu)，截面為多邊形，從根部到塔頂截面逐漸變化，塔與梁固接。拱形門(mén)整個(gè)結(jié)構(gòu)線(xiàn)性流暢，結(jié)構(gòu)美觀，有拱門(mén)迎賓的感覺(jué)，橋梁建成后，與公園景觀相融合，必將成為臨泉地標(biāo)性建筑[1]。

2主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級(jí)：城市主干道;

（2）設(shè)計(jì)行車(chē)速度：60km/h;

（3）設(shè)計(jì)荷載：城—A級(jí)，人群荷載為4.0kN/m;

（4）橋梁橫斷面布置：3.0m人行道+4.5m非機(jī)動(dòng)車(chē)道+4.0m拉索區(qū)+23.0m機(jī)動(dòng)車(chē)道+4.0m拉索區(qū)+4.5m非機(jī)動(dòng)車(chē)道+3.0m人行道，全寬46m;

（5）設(shè)計(jì)洪水頻率：防洪排澇水位33.7m;

（6）橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100年;

（7）設(shè)計(jì)安全等級(jí)：I級(jí);

（8）地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，對(duì)應(yīng)地震基本烈度為6度。橋梁設(shè)計(jì)按照7度設(shè)防;

（9）通航條件：不通航。橋下可滿(mǎn)足公園小型游船通行[2]。

3橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 橋梁總體設(shè)計(jì)

橋梁全長(zhǎng)175m，主橋采用2×84m預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，塔梁固接，橋塔采用橢圓形拱形塔，主梁采用π型截面，橋面全寬46m，橋梁與河道正交。橋下凈空滿(mǎn)足公園小型游船和人行綠道通過(guò)要求。

3.2 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）主梁。橋梁上部結(jié)構(gòu)主梁采用π型截面，雙邊梁中心處高度2.568m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度3.0m，主梁分別在端支點(diǎn)和中支點(diǎn)加寬處理，主梁寬度從3.0m變化到5.5m。

全橋橫梁分為三種，主墩處中橫梁、橋臺(tái)處端橫梁及拉索區(qū)中橫梁，橫梁頂面1.5%橫坡。主墩處中橫梁橫橋向長(zhǎng)度46m，高度4.0m，寬度4.0m，底面水平;橋臺(tái)處端橫梁橫橋向長(zhǎng)度46m，高度2.77m，寬度1.8m;拉索區(qū)中橫梁橫橋向?yàn)榈固菪?，頂面寬?6.0m，底面寬度38.0m，順橋向厚度0.55m。橋面板厚度28cm厚，為單向板。

主梁按照全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)，橫梁按照預(yù)應(yīng)力A類(lèi)構(gòu)件設(shè)計(jì)。

（2）主塔。主塔采用拱形獨(dú)塔，布置在兩側(cè)分隔帶上，塔高54.5m，塔身設(shè)置鞍座以便拉索順利通過(guò)，主塔順橋向從根部5.5m變化至塔頂?shù)?.5m，橫橋向?qū)?.5m，塔間距離27.0m，塔上斜拉索理論豎向間距2.0m，橫向雙排布置。

（3）斜拉索及鞍座。本橋拉索布置為空間雙索面，兩側(cè)雙排布置共計(jì)52對(duì)拉索，主橋梁上基本索距5.8m，塔上索距為2.0m。拉索傾角為26.4度～55.6度。

鞍座采用矩形分絲管形式。

（4）下部構(gòu)造。橋墩采用矩形實(shí)體墩，縱橋向橋墩尺寸5.5m，橫橋向單支墩厚4.5m，雙墩間距27.0m，墩高6.5m;墩下為承臺(tái)接群樁基礎(chǔ)，承臺(tái)厚度5.0m，頂部1m厚度為棱臺(tái)，頂面尺寸為6.5m×6.5m，下面4m為等截面，平面尺寸為18.6×18.6m;承臺(tái)下為16根直徑2.0m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁基按摩擦樁設(shè)計(jì)。

橋臺(tái)采用常規(guī)的U型，蓋梁為矩形斷面。橋臺(tái)承臺(tái)厚2.0m.橋臺(tái)承臺(tái)下接14根直徑為1.5m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁基按摩擦樁設(shè)計(jì)。

（5）支座和伸縮縫。支承采用球型鋼支座，支座型號(hào)為QZ 150000GD/DX、QZ 12500DX/SX。

伸縮縫采用單元式多向變位梳齒板伸縮縫，伸縮縫型號(hào)為KF160。

（6）橋面鋪裝。橋面鋪裝為4cm厚細(xì)粒式改性瀝青+6cm厚中粒式瀝青混凝土+8cm厚C40防水砼。

（7）接地防雷系統(tǒng)。塔頂安裝一套主動(dòng)式早期預(yù)放電避雷系統(tǒng)。

（8）抗震措施。橋臺(tái)和主墩梁底處設(shè)側(cè)向抗震擋塊。在伸縮縫處，梁與臺(tái)、梁與梁之間設(shè)置緩沖橡膠塊。

4結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

4.1 模型建立

采用Midas來(lái)驗(yàn)算分析主橋縱向受力情況。

采用橋梁博士來(lái)驗(yàn)算分析主塔橫梁、拉索區(qū)中橫梁、橋臺(tái)處端橫梁。其中拉索區(qū)橫梁區(qū)分最大和最小索力計(jì)算。

4.2 主要計(jì)算結(jié)論

計(jì)算按有關(guān)規(guī)范對(duì)各種作用進(jìn)行不同組合，對(duì)結(jié)構(gòu)的持久狀況承載能力極限狀態(tài)、持久狀況正常使用極限狀態(tài)、短暫狀況構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度分別進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果表明，橋梁各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足《規(guī)范》要求。主要指標(biāo)如下：

（1）主梁承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算。正截面承載能力極限狀態(tài)下滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，主梁（半跨）彎矩及抗力包絡(luò)圖如下：

（2）主塔驗(yàn)算。基本組合作用下主塔彎矩包絡(luò)圖如下：

主塔最不利截面計(jì)算配筋率0.2%，設(shè)計(jì)配筋率0.33%。最大裂縫0.145mm。

5結(jié)束語(yǔ)

本橋拱形橋塔在結(jié)構(gòu)上仿生于“蛋殼受力”的力學(xué)原理，提煉于生活中簡(jiǎn)單事物，賦予橋梁設(shè)計(jì)之中。針對(duì)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算分析，該橋各主要構(gòu)件均滿(mǎn)足規(guī)范要求。該橋的成功建設(shè)可為同類(lèi)橋梁設(shè)計(jì)提供范例。

參考文獻(xiàn)

[1] 周先念.橋梁方案比選[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1997：51.

[2] 劉志林，王似舜.斜拉橋設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社，2006：101.