王瑞龍，張培君

[1.上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092；2.上海市政工程設(shè)計有限公司，上海市200438]

1 工程概況

S3公路（周鄧—G1503—兩港立交）新建工程，北起周鄧公路，順接S3公路先期實施段，沿線穿越浦東新區(qū)和奉賢區(qū)，南接規(guī)劃兩港大道，是上海市公路網(wǎng)“一環(huán)十二射”的重要射線道路、臨港新片區(qū)的重要對外通道、沿海大通道的重要組成部分。工程全長26.64 km。

大治河現(xiàn)狀河道河口寬102 m，河底寬不小于64 m，為Ⅲ級航道，河道兩岸陸域控制范圍為15 m。大治河通航孔凈寬79 m，頂?shù)淄瑢?，凈? m，最高通航水位3.3 m，規(guī)劃河床底標(biāo)高-2.0 m。大治河北岸平行于駁岸8.2 m處埋設(shè)有青草沙給水管線，直徑1.6 m，埋置深度7.2 m，橋梁跨徑布置需進(jìn)行避讓。

S3公路在大治河處采用“主線高速系統(tǒng)+地面系統(tǒng)”的敷設(shè)形式，受道路紅線范圍制約（道路紅線寬度60 m），線路的總體寬度不足，高架系統(tǒng)和地面系統(tǒng)無法在紅線范圍內(nèi)并行過河。同時，為減少用地面積、降低工程投資，大治河橋設(shè)計采用一體化建設(shè)、一跨過河的雙層橋面桁架橋。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級：上層橋面為高速公路，設(shè)計車速為100 km/h；下層橋面為城市主干路，設(shè)計車速為50 km/h。

（2）設(shè)計車道：上層雙向6車道，下層雙向4車道+人非。

（3）汽車荷載等級：上層按公路-I級設(shè)計，城-A級復(fù)核；下層按城-A級設(shè)計。

（4）設(shè)計風(fēng)速：橋位處100 a重現(xiàn)期10 m高度基本風(fēng)速為32.8 m/s。

（5）抗震設(shè)防：抗震設(shè)防烈度為7度，水平向設(shè)計基本地震動加速度峰值分區(qū)值為0.1g，橋梁抗震設(shè)防措施按8度區(qū)執(zhí)行,抗震設(shè)防類別為B類[1]。

（6）設(shè)計基準(zhǔn)期：100 a。

（7）凈空：≥5 m。

（8）通航標(biāo)準(zhǔn)：航道等級Ⅲ級，通航凈空79 m×7 m。

（9）環(huán)境類別：混凝土結(jié)構(gòu)Ⅰ類；鋼結(jié)構(gòu)大氣區(qū)腐蝕環(huán)境種類為C4。

（10）原水管保護(hù)區(qū)：大治河北岸防汛通道下，平行于駁岸埋設(shè)有青草沙給水管線。青草沙現(xiàn)有直徑1 600 mm的原水管一根，埋置深度約7.2 m，管線距離河岸約8.2 m，與河岸平行布置。此外，遠(yuǎn)期規(guī)劃有一根直徑1 000 mm的原水管，布置在現(xiàn)狀原水管北側(cè)約3.5 m處。根據(jù)《上海市原水引水管渠保護(hù)辦法》，鋼管及其他新型材質(zhì)管道的保護(hù)范圍為管道及其外緣兩側(cè)各5m內(nèi)的區(qū)域，施工時不得侵入該區(qū)域范圍。

3 總體設(shè)計

S3公路跨大治河橋采用雙層簡支鋼桁架橋，跨徑為109 m（見圖1）。

圖1 大治河橋總體布置（單位：mm）

上層橋面布置為：0.85 m（桁架）+0.5 m（防撞欄）+15.0 m（車行道）+1.0 m（中央分隔帶）+15.0 m(車行道)+0.5 m（防撞欄）+0.85 m（桁架）=33.7 m。下層橋面布置為：0.8 m（桁架）+2.2 m（人行道）+3.0 m（非機(jī)動車道）+0.5 m（防撞欄）+8.0 m（車行道）+0.5 m（防撞欄）+3.6 m（腹桿區(qū)）+0.5 m（防撞欄）+8.0 m（車行道）+0.5 m（防撞欄）+3.0 m（非機(jī)動車道）+2.2 m（人行道）+0.8 m（桁架）=33.6 m（見圖2）。

圖2 大治河橋橫斷面布置（單位：mm）

4 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 上部結(jié)構(gòu)

主桁采用三角桁，由上、下弦桿及腹桿組成。為方便施工，橫橋向設(shè)置4榀桁架，每榀桁架間距為15.3 m+2.2 m+15.3 m。

上、下弦桿及腹桿均采用箱型截面。上、下弦桿邊桁采用1.5 m×0.8 m的箱型截面，中桁采用1.806 m×0.8 m的箱型截面，板厚14～20 mm；腹桿采用0.8 m×0.8 m的箱型截面，板厚14～30 mm[2]。

上、下層橋面系采用正交異性鋼橋面板、橫梁組成的橫梁體系，橫梁采用1.5m高的工字型截面。

4.2 下部結(jié)構(gòu)

主橋與引橋共用下部結(jié)構(gòu)。為降低溫度變化對下部結(jié)構(gòu)的影響，采用2個間距0.2 m的雙層門式框架。橋墩采用矩形截面，下層橋墩順橋向尺寸4.0 m，橫橋向尺寸2.0 m；上層橋墩順橋向尺寸2.0 m，橫橋向尺寸1.4～1.6 m。

為滿足青草沙原水管保護(hù)區(qū)的要求，需縮小橋墩基礎(chǔ)規(guī)模，橋墩基礎(chǔ)采用3個分離式承臺，D1.5 m的鉆孔灌注樁。邊承臺順橋向尺寸5.7m，橫橋向尺寸9.789 m，承臺厚度3.5 m，下有6根采用梅花形布置的鉆孔灌注樁；中承臺順橋向尺寸6.25 m，橫橋向尺寸13.75 m，承臺厚度3.5 m，下有8根采用矩形布置的鉆孔灌注樁。樁基持力層為⑨層灰色粉細(xì)砂，樁長81 m。

4.3 支承體系

支承體系采用GQZ 12500球型鋼支座并聯(lián)JLZ 10800疊層橡膠恢復(fù)力元件組成的新型組合型減隔震體系[3]（見圖3）。在使用荷載作用下，球型鋼支座提供豎向支承，滿足使用荷載作用下的性能。在地震作用下，球型鋼支座剪切螺栓剪斷，發(fā)生滑動提供摩擦耗能，疊層橡膠恢復(fù)力元件提供水平恢復(fù)力，控制梁體位移。該新型組合型減隔震體系受力明確、構(gòu)造簡單、經(jīng)濟(jì)可行、減震效果好。

圖3 大治河橋支承體系示意

4.4 附屬設(shè)計

（1）橋面鋪裝。鋼橋面鋪裝采用70 mm厚澆筑式瀝青混凝土：澆筑式GA-10（35 mm）+高彈改性瀝青SMA-10（35 mm）。

（2）鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝。鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝采用長效型，15～25 a；腐蝕環(huán)境類別為C4（中等鹽度的工業(yè)區(qū)和沿海區(qū)）。鋼結(jié)構(gòu)外表面涂裝配套體系為：環(huán)氧富鋅底漆80 μm（2道）+環(huán)氧云鐵中間漆140 μm（2道）+氟碳面漆80 μm（2道），總干膜厚度為300 μm。鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)表面涂裝配套體系為：環(huán)氧富鋅底漆80μm（2道）+耐磨環(huán)氧厚漿漆120 μm（2道），總干膜厚度為200 μm。

5 結(jié)構(gòu)分析

采用橋梁有限元分析軟件Midas Civil建立空間有限元模型進(jìn)行計算分析，桁架桿件及橫梁采用梁單元模擬，正交異性鋼橋面板采用板單元模擬（見圖4）。

圖4 大治河橋空間有限元模型

5.1 剛度及預(yù)拱度設(shè)置

經(jīng)有限元計算可知：活荷載作用下，最大下?lián)?2.8 mm，最大上撓0.5 mm，橋梁豎向剛度為1/3 273，滿足規(guī)范小于1/500的要求。恒載作用下，最大下?lián)?06 mm，設(shè)計預(yù)拱度按二次拋物線設(shè)置（對應(yīng)荷載工況為恒載+1/2活載），為123 mm。

5.2 應(yīng)力

表1為荷載基本組合下各構(gòu)件應(yīng)力驗算結(jié)果，其中各構(gòu)件應(yīng)力限值考慮受壓加勁板局部穩(wěn)定的折減[4]。從中可看出，各構(gòu)件應(yīng)力均滿足應(yīng)力限值的要求。

表1 荷載基本組合下各構(gòu)件應(yīng)力驗算結(jié)果 單位：MP a

6 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

表2為大治河橋各構(gòu)件的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。設(shè)計上因地制宜地對桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大幅優(yōu)化，充分利用鋼結(jié)構(gòu)橋梁的整體受力性能，嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)的用鋼量，本橋的每平方米橋面用鋼指標(biāo)控制在0.469 t，其用鋼指標(biāo)低于同類型橋梁。

表2 大治河橋經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

7 結(jié)語

上海S3公路在大治河處采用“主線高速系統(tǒng)+地面系統(tǒng)”的敷設(shè)形式。為減少用地面積，降低工程投資，大治河橋設(shè)計采用一體化建設(shè)、一跨過河的雙層橋面簡支桁架橋。該橋的設(shè)計經(jīng)驗可為同類工程提供參考。

（1）該橋跨徑109 m，橋?qū)?3.7 m，橫橋向設(shè)置4榀桁架，采用三角桁，桁架間采用工字型鋼橫梁聯(lián)系，上、下層橋面系采用正交異性鋼橋面板。為滿足青草沙原水管保護(hù)區(qū)的要求，下部結(jié)構(gòu)采用了精細(xì)化集約設(shè)計，有效地縮小了橋墩基礎(chǔ)規(guī)模。采用的球型鋼支座并聯(lián)疊層橡膠恢復(fù)力元件組成的新型組合型減隔震體系具有受力明確、構(gòu)造簡單、經(jīng)濟(jì)可行、減震效果好等特點。

（2）采用Midas Civil建立空間有限元模型進(jìn)行計算分析，結(jié)果表明：該橋受力良好，安全可靠，滿足規(guī)范要求。

（3）該橋每平方米橋面用鋼指標(biāo)控制在0.469 t，低于同類型橋梁。