張 浩, 竇 巍

(安徽省交通規(guī)劃設計研究總院股份有限公司；交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088)

0 引 言

山嶺重丘區(qū)常規(guī)大跨、特大跨度橋梁設計在滿足結(jié)構(gòu)安全性及耐久性的條件下，重點考慮結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性。設計將充分利用地形條件，力求建設方案經(jīng)濟、實用。堅持靈活運用技術(shù)指標，減少工程建設對社會資源的浪費。針對山嶺重丘橋位區(qū)地形復雜,山谷寬深,呈V形、U形,山坡陡峭,該類橋梁在合適的跨徑范圍內(nèi)應重點考慮連續(xù)剛構(gòu)橋。

1 項目簡介

宜賓至昭通高速公路是四川省宜賓市至云南省昭通市的重要通道，路線全長135.4 km，牛街特大橋位于彝良縣東北部，為本項目的控制性節(jié)點之一。項目為雙向四車道高速公路，設計速度為80 km/h，路基寬24.5 m，橫向布置為0.5 m(護欄)+11 m(行車道)+1.5 m(中央分隔帶)+11 m(行車道)+0.5 m(護欄)，地震動加速度峰值為0.05g，設計百年一遇基本風速為28.2 m/s。

2 主橋結(jié)構(gòu)設計

2.1 總體設計

主橋位于分離式路基，單幅橋梁全寬12.0 m，主橋跨徑布置為(85+2×160+85) m，最大墩高為130.0 m，如圖1所示。主梁采用單箱變截面預應力混凝土連續(xù)箱梁，主墩采用雙肢薄壁空心墩，過渡墩采用單肢薄壁空心墩，下部基礎采用承臺接群樁基礎。

圖1 主橋總體布置圖(單位：cm)

2.2 主梁結(jié)構(gòu)設計

上部結(jié)構(gòu)主梁采用單箱單室預應力混凝土連續(xù)箱梁，箱梁按3.0 m、3.5 m和4.0 m梁段長度分段；箱梁頂板寬12.0 m，底板寬6.5 m；中支點中心梁高10.0 m，跨中中心梁高4.1 m，梁高由跨中向墩頂按1.6次拋物線規(guī)律變化。箱梁跨中底板厚度為32 cm，支點底板厚度120 cm，底板厚度由跨中向支點按1.6次拋物線規(guī)律變化。箱梁腹板采用分段等厚規(guī)律變化，厚度由跨中向支點分別采用50 cm、70 cm、90 cm三種厚度。箱梁混凝土采用C55高強混凝土。

主梁采用三向預應力結(jié)構(gòu)，縱向預應力筋采用φs15.2-16、φs15.2-19、φs15.2-22鋼絞線，鋼絞線標準強度fpk=1 860 MPa，縱向鋼束均采用兩端張拉。頂板鋼束采用平、豎彎結(jié)合，錨固于頂板梗腋內(nèi)；腹板鋼束采用下彎，錨固于腹板內(nèi)；底板鋼束采用豎彎，部分為平彎，錨固于底板齒塊及梁端頭；合攏鋼束采用豎彎，部分為平彎，錨固于頂、底板齒塊及梁端頭。箱梁強度及彈模達到90%設計值時方可進行鋼束張拉，張拉后采用真空吸漿工藝，管道壓漿應密實。

頂板橫向預應力筋采用φs15.2-3鋼絞線，鋼絞線標準強度fpk=1 860 MPa，采用弧形扁錨，單端交錯張拉，設計張拉控制應力為0.75fpk。豎向預應力筋采用無黏結(jié)預應力鋼棒及鋼絞線，豎向預應力無黏結(jié)預應力鋼棒抗拉標準強度fpk=1 420 MPa，張拉控制應力為0.65fpk，在頂板單端張拉；豎向預應力鋼絞線標準強度fpk=1 860 MPa，采用扁錨，單端張拉，設計張拉控制應力為0.75fpk。

通過對國內(nèi)已建成大跨度連續(xù)鋼構(gòu)橋的調(diào)查來看，后期跨中下?lián)掀毡榇嬖?，因此本次設計考慮主梁內(nèi)設置體外預應力體系，成橋后僅張拉15%，后期根據(jù)需要進行補張。

2.3 主墩結(jié)構(gòu)設計

主橋最大墩高130 m，本次設計主墩采用雙肢薄壁空心墩，順橋向雙肢中心間距8.5 m，單肢墩頂順橋向?qū)?.5 m，橫橋向?qū)?.5 m。橋墩順橋向和橫橋向壁厚均為80 cm，單肢內(nèi)部每隔20～25 m設置一道橫隔板，橫隔板厚度50 cm。兩薄壁墩之間設置橫系梁，橫系梁間距為40～45 m，橫系梁高3.0 m，壁厚0.5 m。主墩采用C55混凝土。

主墩承臺順橋向?qū)?9.5 m，橫橋向?qū)?1.5 m,高5.0 m，承臺下設置15根直徑2.0 m鉆孔灌注樁基礎。主墩承臺采用C30混凝土，主墩樁基采用C30水下混凝土。

3 主橋結(jié)構(gòu)分析

3.1 主要計算方法、參數(shù)和假定

主橋箱梁及橋墩均采用C55高強混凝土，技術(shù)參數(shù)按相關(guān)規(guī)范計取。構(gòu)件采用空間梁單元。

在全橋總體結(jié)構(gòu)分析中考慮恒載、活荷載、基礎沉降、溫度荷載、風荷載、施工臨時荷載等作用下產(chǎn)生的荷載效應。根據(jù)施工步驟進行施工及運營階段模擬分析，按相關(guān)規(guī)范要求對施工階段及成橋階段進行各種荷載組合計算。對于箱梁橋面板、端橫梁、中橫梁進行橫向加載進行模擬計算分析。

3.2 主要計算結(jié)果

3.2.1 結(jié)構(gòu)剛度

結(jié)構(gòu)剛度計算如圖2所示，結(jié)構(gòu)剛度滿足規(guī)范要求。

圖2 主梁豎向撓度(汽車活載不計沖擊力)

3.2.2 主要結(jié)構(gòu)靜力計算結(jié)果

主梁持久狀況短期效應主梁正截面上下緣均未出現(xiàn)拉應力；斜截面最大主拉應力為0.9 MPa；計算結(jié)果表明，施工及成橋階段主梁強度、抗裂性能、撓度等均滿足規(guī)范要求。

3.2.3 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

本橋最高橋墩130 m，高墩導致整體屈曲穩(wěn)定性和薄壁局部屈曲穩(wěn)定性以及高墩低頻風振對施工、運營階段安全性影響等問題突出，在結(jié)構(gòu)最大懸臂階段，考慮風荷載、掛籃、自重荷載作為屈曲荷載。

最大雙懸臂施工階段前三階穩(wěn)定系數(shù)見表1。

表1 最大雙懸臂施工階段前三階穩(wěn)定系數(shù)

最大單懸臂施工階段前三階穩(wěn)定系數(shù)見表2。

表2 最大單懸臂施工階段前三階穩(wěn)定系數(shù)

最大單懸臂施工階段典型失穩(wěn)模態(tài)如圖3所示。

圖3 最大單懸臂施工階段典型失穩(wěn)模態(tài)

運營階段考慮風荷載、二期、自重荷載、高墩最不利活載作為屈曲荷載。運營階段前三階穩(wěn)定系數(shù)見表3。

表3 運營階段前三階穩(wěn)定系數(shù)

最大雙懸臂施工階段、最大單懸臂施工階段及運營階段，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定系數(shù)均大于4，滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)束語

山嶺重丘橋位區(qū)地形復雜，橋面與溝底高差達百米之余，該類型橋梁在合適的跨徑范圍內(nèi)應重點考慮連續(xù)剛構(gòu)橋型。本文以宜賓至昭通高速公路牛街特大橋主橋結(jié)構(gòu)設計為例，對山區(qū)高墩連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)設計要點進行分析，主要研究內(nèi)容包括總體設計、主梁結(jié)構(gòu)設計、主墩結(jié)構(gòu)設計和主橋結(jié)構(gòu)分析。研究結(jié)論可供同類型橋梁結(jié)構(gòu)研究比選。