粟 洪

（廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，廣東 廣州 510060）

1 工程概況

從化大橋是廣州從化區(qū)流溪河上的一座跨河大橋，橋?qū)?0 m，主橋設(shè)計(jì)為單跨136 m 的下承式無(wú)推力空間拱梁組合體系橋，主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土魚腹式箱梁，順橋向拱圈為3 根鋼管通過(guò)橫撐、斜撐組合而成的倒三角形，拱肋結(jié)構(gòu)造型獨(dú)特、新穎美觀，呈現(xiàn)“新月臨江，流溪映月”的建筑美學(xué)創(chuàng)意，建成后將成為從化的新名片。

主橋總體布置如圖1 和圖2 所示，主拱肋位于豎直平面內(nèi)，理論跨徑136 m，理論矢高26.2 m，理論矢跨比f(wàn)/L=1/5.19，2 根副拱肋為由主拱肋豎直平面分別向兩側(cè)旋轉(zhuǎn)16.8°而成，副拱肋中心線理論跨徑130.138 m，理論矢高31.7 m，理論矢跨比f(wàn)/L=1/4.105，三根主、副拱肋在拱腳處匯集并集中錨固于主梁[1]。該橋具有明顯的空間受力特性，構(gòu)造和受力均較為復(fù)雜，吊桿與拱肋、吊桿與主梁的節(jié)點(diǎn)錨固設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)方案的關(guān)鍵控制點(diǎn)之一。本文結(jié)合主橋總體設(shè)計(jì)，提出各種可能的吊桿錨固方案，并分析評(píng)價(jià)其優(yōu)劣性，得到綜合較優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

圖1 主橋立面布置（單位：m）

圖2 主橋橫斷面（單位：m）

2 吊桿錨固設(shè)計(jì)研究

2.1 吊桿總體布置

根據(jù)主橋總體設(shè)計(jì)方案，吊桿索體采用PES（FD）系列新型低應(yīng)力防腐拉索，順橋向間距為6 m，主拱肋共設(shè)置19 根豎吊桿，副拱肋共設(shè)置13 對(duì)斜吊桿，形成空間索面，吊桿兩端分別錨固于混凝土主梁和鋼管混凝土拱肋。為了方便吊桿張拉和后期養(yǎng)護(hù)，將主梁側(cè)設(shè)為吊桿張拉端，拱肋側(cè)設(shè)為吊桿固定端。

2.2 吊桿與拱肋的錨固節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

從化大橋主拱肋、副拱肋均采用單圓管截面，管內(nèi)填筑C50 微膨脹混凝土，設(shè)計(jì)過(guò)程中吊桿與拱肋的錨固連接考慮以下三種方案：

（1）方案一：拱底銷鉸式連接

吊桿并不直接錨固于拱肋鋼管上，而是通過(guò)銷軸將焊于拱肋鋼管底端的節(jié)點(diǎn)板與吊桿端部的叉耳連接起來(lái)，形成鉸接，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造如圖3 所示。

圖3 拱底銷鉸式連接

優(yōu)點(diǎn)：采用該方案，吊桿無(wú)需穿過(guò)拱肋，對(duì)拱肋截面不會(huì)產(chǎn)生削弱，拱肋整體受力性能好。

缺點(diǎn)：這種連接方案屬于受拉式連接，連接件受拉，在各種活載作用下連接處的抗疲勞性能相對(duì)比較差。拱肋在與節(jié)點(diǎn)板和加勁板的連接位置，鋼管受到垂直壁厚方向的較大吊桿集中拉力，產(chǎn)生“扯頭皮“現(xiàn)象，容易導(dǎo)致板材的層狀撕裂，因此，拱肋鋼管一般需要采用Z 向性能優(yōu)異、造價(jià)更高的Z 向鋼板制作才能保證鋼板局部應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

（2）方案二：吊桿錨于拱肋內(nèi)部

在拱肋鋼管內(nèi)設(shè)置一個(gè)鋼錨箱，形成上錨窩，用以放置錨頭，再預(yù)埋一根管穿過(guò)拱肋，吊桿從預(yù)埋管中穿過(guò)，為了防止吊桿處錨下混凝土局部應(yīng)力過(guò)大，采用錨下螺旋筋加強(qiáng)[2]，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造如圖4 所示。

圖4 吊桿錨固于拱肋內(nèi)部

優(yōu)點(diǎn)：這種連接方案屬于承壓式連接，拱肋和連接件均受壓，構(gòu)造簡(jiǎn)單，錨頭無(wú)外露較美觀。

缺點(diǎn)：將較大的吊桿錨頭置于拱肋內(nèi)，錨頭對(duì)拱肋的外觀不會(huì)產(chǎn)生影響，但對(duì)拱肋的橫斷面會(huì)產(chǎn)生較大的削弱；拱內(nèi)鋼錨箱的存在也會(huì)給拱肋鋼管內(nèi)吊桿附近的混凝土泵送施工帶來(lái)困難，且影響該位置管內(nèi)混凝土的填充密實(shí)度。另外，吊桿錨固于拱肋內(nèi)部也不利于后期吊桿錨頭的檢查、養(yǎng)護(hù)與吊桿的更換。

（3）方案三：吊桿錨于拱肋頂面

吊桿通過(guò)預(yù)埋管穿過(guò)拱肋后錨固于拱肋鋼管頂面，錨墊板與拱頂之間通過(guò)設(shè)置墊塊調(diào)平，外露錨頭設(shè)置保護(hù)罩防腐，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造如圖5 所示。調(diào)平墊塊可以采用無(wú)縫鋼管并在管內(nèi)灌填干硬性環(huán)氧砂漿形成，需要注意的是由于拱肋的曲率是變化的，因此，每根吊桿處無(wú)縫鋼管的尺寸都是不一樣的，為了保證焊接質(zhì)量，其與拱肋相連的端部位置應(yīng)采用相貫線切割機(jī)加工成型，坡口尺寸應(yīng)由焊接工藝試驗(yàn)評(píng)定確認(rèn)。

圖5 吊桿錨固于拱肋頂面

優(yōu)點(diǎn)：與錨固于拱肋內(nèi)部一樣，這種連接方案也屬于承壓式連接，拱肋和連接件均受壓，構(gòu)造簡(jiǎn)單。

缺點(diǎn)：吊桿需穿過(guò)拱肋，對(duì)拱肋的橫斷面同樣會(huì)產(chǎn)生一定的削弱，但由于錨頭外露，拱肋截面削弱相對(duì)會(huì)小很多。美中不足的是錨頭外露會(huì)對(duì)拱肋的近景效果產(chǎn)生較大的影響。

2.3 吊桿與主梁的錨固節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

從化大橋主橋主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土魚腹式箱梁，設(shè)計(jì)過(guò)程中吊桿與主梁的錨固連接考慮以下兩種方案：

（1）方案一：錨固于梁底

吊桿錨固區(qū)布置在梁底，在錨墊板與梁底之間設(shè)置楔形塊調(diào)平，外露錨頭設(shè)置保護(hù)罩防腐，保護(hù)罩內(nèi)注入油脂或其他防護(hù)材料進(jìn)行封錨處理[3]，混凝土主梁內(nèi)設(shè)置錨下螺旋筋加強(qiáng)，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造如圖6 所示。

圖6 梁底錨固

優(yōu)點(diǎn)：這種連接方案屬承壓式連接，混凝土主梁與連接件均受壓，構(gòu)造簡(jiǎn)單。

缺點(diǎn)：錨頭外露對(duì)主梁斷面削弱相對(duì)較小，但不利于景觀。

（2）方案二：梁頂銷鉸式連接

吊桿錨固區(qū)布置在梁頂，但吊桿并不直接錨于梁上，而是通過(guò)銷軸將梁頂節(jié)點(diǎn)板與吊桿的叉耳連接起來(lái)形成鉸接，混凝土主梁與節(jié)點(diǎn)板則通過(guò)剪力釘或PBL 剪力鍵連接，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造如圖7 所示。

圖7 梁頂銷鉸式連接

優(yōu)點(diǎn)：采用梁頂錨固，對(duì)主梁截面無(wú)削弱，吊桿可在橋面直接張拉無(wú)需搭設(shè)支架或橋檢車，后期運(yùn)營(yíng)檢查維護(hù)也方便。

缺點(diǎn)：這種連接方案屬于受拉式連接，連接件受拉，構(gòu)造較復(fù)雜。由于鋼混結(jié)合部結(jié)構(gòu)受力很復(fù)雜，因此，在混凝土梁中實(shí)際應(yīng)用很少，多用于鋼梁。

2.4 方案選擇與優(yōu)化

上述設(shè)計(jì)方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)在最終確定吊桿與拱肋、主梁的錨固節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)方案時(shí)，主要考慮以下幾個(gè)因素：（1）確保連接牢固可靠；（2）能簡(jiǎn)捷地把吊桿力傳遞到全截面；（3）構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于施工、檢查和維護(hù)；（4）對(duì)橋梁景觀的影響。

綜合考慮上述幾個(gè)方面并經(jīng)過(guò)仿真分析，從化大橋主橋吊桿與拱肋、主梁的錨固節(jié)點(diǎn)方案選擇為：吊桿上端錨固于拱肋鋼管頂面（方案三），下端錨固于主梁梁底（方案一），均設(shè)計(jì)為承壓式連接，使構(gòu)造簡(jiǎn)單；吊桿兩端錨頭均設(shè)計(jì)為外露式，使其對(duì)拱肋、主梁截面的削弱相對(duì)較小。

為了降低錨頭外露對(duì)橋梁景觀產(chǎn)生的不利影響，最終設(shè)計(jì)方案進(jìn)一步將常規(guī)的圓柱形錨具防護(hù)罩優(yōu)化為球冠形，如圖8 所示，通過(guò)把外露的錨頭寓意成一顆顆荔枝，賦予其一定的文化內(nèi)涵，與從化荔枝之鄉(xiāng)的特色相呼應(yīng)，從而巧妙地解決了橋梁的局部景觀問(wèn)題。

圖8 外露錨頭保護(hù)罩

3 結(jié)語(yǔ)

廣州從化大橋主橋設(shè)計(jì)為空間異形組合拱橋，吊桿與拱肋、吊桿與主梁的節(jié)點(diǎn)錨固方案為其關(guān)鍵性設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)，本文從“安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀”的角度，結(jié)合主橋總體設(shè)計(jì)對(duì)該節(jié)點(diǎn)方案進(jìn)行了全面深入的研究，最終得到了一種綜合較優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，既保證了結(jié)構(gòu)局部受力安全可靠，又滿足了其作為當(dāng)?shù)氐貥?biāo)性建筑的高景觀要求，可以為今后類似工程設(shè)計(jì)提供參考。