周海波 喬建強(qiáng)

【摘要】瀘州市渡改橋工程九支大橋主橋?yàn)椋?17+225+117） m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土部分斜拉，采用塔梁固結(jié)、墩梁分離體系。主梁采用單箱三室斷面，采用懸臂澆筑施工;索塔為單柱式花瓣造型;斜拉索為單索面雙排索，采用扇形布置，斜拉索梁端采用齒塊錨固于主梁箱室內(nèi)，塔端采用分絲管式索鞍，索塔設(shè)置抗滑裝置。主墩為花瓶造型的雙箱空心薄壁墩，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ)。文章重點(diǎn)介紹主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算。

【關(guān)鍵詞】部分斜拉橋; 塔梁固結(jié); 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì); 結(jié)構(gòu)計(jì)算

【中國分類號】U442.5+4【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

鐵路與公路

部分斜拉橋主要以梁的受彎、受壓、受剪和索的受拉來承受豎向荷載，主梁以壓彎為主，與一般斜拉橋相比，主梁要承受較大的彎矩，梁高較大，整體剛度主要由主梁提供，斜拉索的剛度起輔助作用，因此主梁比一般斜拉橋的梁部剛度要大，是介于斜拉橋與連續(xù)梁之間的一種橋型。 其主梁截面形式更接近于連續(xù)梁或連續(xù)剛構(gòu)，在邊孔與中孔跨徑比方面，部分斜拉橋沒有端錨索與邊墩連結(jié)，其邊中跨比也更接近連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，一般在0.5～0.6之間[1-3]。

1 工程概況

瀘州市渡改橋九支大橋工程起自四川省合江縣九支鎮(zhèn)縣道X003，跨越赤水河及河濱西路后，沿人民南路接引道，止點(diǎn)接于赤水市紅軍大道形成“T”字形道路連接。路線全長1 255.402 m，其中橋梁長764 m（主橋孔跨布置為（117+225+117） m預(yù)應(yīng)力混凝土部分斜拉橋，引橋長305 m）。

九支大橋位于赤水河蛤蟆口灘尾深槽河段至柴塊灘灘頭之間，橋位上游為大田谷彎道，橋位附近及下游河段較為順直。橋位河段枯水河寬約160 m，河床底質(zhì)為基巖，不易受水流沖蝕，具有較強(qiáng)的抗沖性，河床多年來一直穩(wěn)定。橋區(qū)段為Ⅴ級航道，其通航凈寬要求不小于139 m，凈高不小于8 m，水流方向與橋軸線夾角約為10 °（圖1）。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）公路等級：雙向四車道一級公路（兼顧集散功能）。

（2）設(shè)計(jì)速度：60 km/h。

（3）設(shè)計(jì)荷載：公路-I級，人群荷載2.5 kN/m2。

（4）通航等級：Ⅴ級，通航凈空高度8 m。

（5）設(shè)計(jì)洪水頻率：1/300。

（6）地震基本烈度：Ⅵ度，地震動峰值加速度：0.05g。

3 主橋總體設(shè)計(jì)

3.1 平、縱、橫設(shè)計(jì)

經(jīng)前期工可、初步設(shè)計(jì)階段橋位充分比選，九支大橋橋位最終確定在距離下游赤水河一橋約1.9 km。受兩側(cè)既有建筑物和紅線寬度限制，赤水岸部分主、引橋處于平曲線段內(nèi)，曲線半徑200 m，赤水岸主橋邊跨約40.6 m處于緩和曲線段。

標(biāo)準(zhǔn)寬度段主橋橋面寬度為24 m（圖2），橫斷面布置為：0.25 m人行道欄桿+2.0 m人行道+0.75 m硬路肩+2×3.5 m車行道+0.5 m路緣帶+3.0 m中央分隔帶（拉索錨固區(qū)）+0.5 m路緣帶+2×3.5 m車行道+0.75 m硬路肩+2.0 m人行道+0.25 m人行道欄桿。

3.2 橋孔布置

九支大橋跨越赤水河，航道等級為Ⅴ級航道，主跨跨徑需滿足通航凈跨需求;另外橋位位于長江上游珍稀特有魚類國家級自然保護(hù)區(qū)。在滿足通航、漁評相關(guān)專項(xiàng)論證要求下，主橋跨徑最終確定為（117+225+117） m。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 主梁設(shè)計(jì)

主橋箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系，按C60全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)，主梁采用變高度單箱三室截面（圖3）。頂板標(biāo)準(zhǔn)段寬24.0 m，赤水岸邊跨變寬段，頂板寬度為24～26 m;標(biāo)準(zhǔn)寬度段頂板懸臂長度3.308 m，赤水岸變寬段采用調(diào)整懸臂長度適應(yīng)路線變寬，頂板懸臂長度3.308～4.308 m?？缰辛焊?.2 m，主墩頂梁高7.8 m，梁底曲線按1.8次拋物線形變化，中跨直線跨長57.0 m，邊跨直線長33 m。標(biāo)準(zhǔn)寬度段頂板懸臂長度3.308 m，頂板板厚28 cm，底板板厚由跨中28 cm按1.8次拋物線形變化至3#截面65 cm，1#節(jié)段底板后從3#截面65 cm線性變化至2#截面85 cm。中腹板為直腹板，板厚為45 cm。邊腹板為斜腹板（1∶0.29），1#節(jié)段腹板厚度從80 cm漸變至70 cm;懸澆段至合龍段邊腹板厚度為70 cm、60 cm、50 cm三種厚度，分兩次漸變。懸臂板端部厚20 cm，根部板厚75 cm。在支點(diǎn)和斜拉索錨固處設(shè)置橫隔板，橫隔板上設(shè)有人孔。

主墩處主跨側(cè)主梁無索區(qū)長度39.8 m，根部無索區(qū)與主跨跨徑比為0.177?？缰袩o索區(qū)長度33.4 m，跨中無索區(qū)長度與主跨跨徑比為0.148;拉索區(qū)長度56 m，主梁上索間距4 m。主梁零號塊長度為11 m，懸臂施工節(jié)段長度分為3×3.5 m、23×4.0 m、3.5 m，全橋共設(shè)3個(gè)合龍段，中跨合龍段長度為2.0 m，邊跨合龍段長度為1.5 m，邊跨現(xiàn)澆段共長3.82 m。為保證主梁懸臂施工，零號塊下設(shè)臨時(shí)固結(jié)塊，固結(jié)塊與零號塊同時(shí)采用C60混凝土澆筑，中跨合龍后并張拉合龍束后切除臨時(shí)固結(jié)塊進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換。

4.2 索塔及斜拉索設(shè)計(jì)

主橋索塔采用單柱式花瓣造型索塔（圖4）。索塔采用C50鋼筋混凝土實(shí)心矩形截面;索塔高32 m，縱向橋?qū)?.2 m;橫橋向索塔底部寬8 m，索區(qū)橫橋向?qū)?.5 m，頂部橫橋向?qū)? m。索塔放置于主梁3 m寬分隔帶內(nèi)，與主梁0號塊固結(jié)。塔端索間距為0.8 m。斜拉索為單索面雙排索，梁端布置在中央分隔帶上，錨固于主梁中箱內(nèi)，全橋共60對索。斜拉索采用環(huán)氧噴涂鋼絞線單層無粘接筋，索體由多股無粘結(jié)高強(qiáng)度平行鍍鋅鋼絞線組成，外層裝有HDPE護(hù)套管。單根鋼絞線規(guī)格直徑為15.24 mm，規(guī)格為31（37、43）-ΦS15.2三種規(guī)格，其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fPK=1860 MPa。斜拉索采用兩端梁體箱室內(nèi)對稱張拉，梁端錨具采用M250可換索式群錨體系;索塔采用分絲管索鞍以便斜拉索通過，索塔兩側(cè)采用單側(cè)雙向抗滑錨固裝置，抗滑鍵布置于轉(zhuǎn)向鞍的一側(cè)，抗滑性能好且施工方便（圖5）。

4.3 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主墩均采用花瓶造型。九支岸主墩較矮，墩高9.5 m，采用實(shí)心墩設(shè)計(jì);赤水河岸主墩墩高20 m，采用花瓶形雙箱空心薄壁墩。主墩橫橋向?qū)?2～15.7 m，順橋向?qū)?.5 m，標(biāo)準(zhǔn)段邊壁厚80 cm，中壁厚100 cm，主橋主墩各設(shè)置三個(gè)100 MN大噸位球型拉索鋼支座。主墩下采用承臺接群樁基礎(chǔ)。承臺為矩形截面，外形尺寸：20.5 m（橫）×16.5 m（縱），承臺厚度5 m。九支岸主墩基礎(chǔ)采用土圍堰施工，赤水岸主墩基礎(chǔ)采用組合圍堰（鋼板樁+咬合樁）施工。根據(jù)通航報(bào)告論證，河道內(nèi)主橋墩應(yīng)設(shè)置防撞設(shè)施，橋墩防撞設(shè)施按300 t級船舶撞擊標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防;九支岸橋墩處于岸上不再設(shè)置防撞設(shè)施，赤水岸設(shè)置不隨水位變化的固定式防撞體，防撞體頂面高于最高通航水位不小于1.3 m。

交界墩采用透空的雙柱花瓶墩，墩頂設(shè)置蓋梁，蓋梁按A類預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì);承臺底設(shè)置4根樁徑為1.8 m的樁基礎(chǔ)。所有橋墩基礎(chǔ)采用沖孔灌注樁。

5 結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

5.1 計(jì)算模型

總體靜力計(jì)算采用Midas Civil 2019（圖6），整體分析有限元模型所有橋梁的主要部位都進(jìn)行準(zhǔn)確反映，混凝土主梁采用單主梁模型，采用空間梁單元模擬;斜拉索采用桁架單元模擬，索塔采用考慮剪切變形的空間梁單元模擬。模型按施工流程進(jìn)行施工過程加載。

5.2 主要計(jì)算結(jié)論

（1）正截面抗彎、斜截面抗剪承載能力驗(yàn)算（圖7、圖8、表1、表2）。

主梁持久狀況正截面抗彎、斜截面抗剪承載能力效應(yīng)-抗力包絡(luò)圖見圖7、圖8，由圖表1、表2可見：主梁的正截面抗彎、斜截面抗剪承載能力驗(yàn)算滿足規(guī)范[4]要求。

（2）短暫狀況主梁應(yīng)力計(jì)算結(jié)果。施工過程中，主梁最大拉應(yīng)力為1.1 MPa，該應(yīng)力出現(xiàn)在體系轉(zhuǎn)換時(shí)主梁下緣。主梁最大壓應(yīng)力為-19.8 MPa，出現(xiàn)在張力預(yù)應(yīng)力束時(shí)主梁上緣。短暫狀況下主梁受力滿足規(guī)范要求。

（3）持久狀況正常使用極限狀態(tài)抗裂驗(yàn)算。①結(jié)構(gòu)正截面抗裂驗(yàn)算。持久狀況正常使用極限狀態(tài)下主梁墩頂位置頂緣最小壓應(yīng)力為1.9 MPa，在跨中底緣最小壓應(yīng)力為0.62 MPa，主梁全截面均處于受壓狀態(tài)，正截面抗裂滿足規(guī)范要求。②結(jié)構(gòu)斜截面抗裂驗(yàn)算。持久狀況正常使用極限狀態(tài)下斜主梁全截面均處于受壓狀態(tài)，正截面抗裂滿足規(guī)范要求最大主拉應(yīng)力為0.75 MPa，小于規(guī)范規(guī)定的1.14 MPa，滿足要求。

（4）持久狀況正常使用極限狀態(tài)最大壓應(yīng)力驗(yàn)算。主梁正截面最大壓應(yīng)力力為18.33 MPa小于規(guī)范規(guī)定值19.25 MPa;主梁斜截面最大主壓應(yīng)力為14.4 MPa小于規(guī)范規(guī)定值23.1 MPa;均滿足要求。

（5）主梁剛度驗(yàn)算。在正常使用極限狀態(tài)，考慮撓度長期增長系數(shù)后主梁活載作用下中跨主梁撓度為1.4×12.47 cm=174.6 mm小于L/600，滿足要求[5]。

（6）索塔強(qiáng)度驗(yàn)算。索塔承載能力驗(yàn)算最小安全系數(shù)1.22，也處于塔柱變截面段頂部?？⒐r(shí)，九支側(cè)橋塔塔頂向岸側(cè)偏0.54 cm，赤水側(cè)橋塔塔頂向江側(cè)偏0.22 cm。成橋10 a后，九支側(cè)橋塔塔頂向江側(cè)偏1.5 cm，赤水側(cè)橋塔塔頂向江側(cè)偏7.9 cm。

（7）斜拉索驗(yàn)算。成橋運(yùn)營階段，斜拉索最大應(yīng)力876.6 MPa，斜拉索最小安全系數(shù)為2.12。汽車荷載作用下拉索最大應(yīng)力幅為61.83 MPa，小于250 MPa，滿足要求。

（8）抗震計(jì)算及穩(wěn)定分析。抗震計(jì)算根據(jù)規(guī)范JTG/T B02-01-2008《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》進(jìn)行計(jì)算，橋梁抗震設(shè)防類別為A 類，場地類別為Ⅱ類，抗震設(shè)防烈度為6度，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.4 s。

本橋抗震分析采用反應(yīng)譜法進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)計(jì)算主橋在永久作用效應(yīng)+地震作用效應(yīng)（E1、E2）組合下承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算均滿足規(guī)范要求。

主橋結(jié)構(gòu)動力特性前4 階結(jié)構(gòu)自振頻率及振型特征見表3。主橋施工階段最小穩(wěn)定系數(shù)為13.74，成橋運(yùn)營階段最小穩(wěn)定系數(shù)14.90，穩(wěn)定系數(shù)均大于4，滿足要求。

6 結(jié)束語

九支大橋是瀘州市渡改橋工程之一，是連接瀘州市合江縣與遵義市赤水市的重要通道，同時(shí)是兼顧集散功能的景觀橋梁。目前本橋已進(jìn)入主梁懸臂施工階段。該橋索塔及主墩造型優(yōu)美，結(jié)構(gòu)新穎，技術(shù)難度大。部分斜拉橋是梁式橋與?斜拉橋的一種組合體系橋梁，兼顧兩種橋型的的優(yōu)點(diǎn)，目前部分斜拉橋已在全國得到推廣應(yīng)用。本橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可為部分斜拉橋設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)，也提供了工程參考。

參考文獻(xiàn)

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