摘" 要：以（100+180+100） m跨雙塔單索面預應力混凝土泗河特大橋矮塔斜拉橋實例工程為依托，闡述泗河特大橋的橋型方案設計分析比選、技術標準、結構設計分析等內容，結構采用塔、梁固結的支承體系，運用MIDAS CIVIL有限元分析軟件對該主橋結構進行靜力結構計算分析。計算結果分析表明，結構設計合理，截面驗算滿足規(guī)范要求。

關鍵詞：矮塔斜拉橋；方案設計；結構設計；結構計算；截面驗算

中圖分類號：U448.27" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）09-0113-04

Abstract： Based on the example project of the low-tower cable-stayed bridge of the （100+180+100） m-span prestressed concrete Sihe Bridge， the design analysis comparison， technical standards， structural design analysis and other contents of the Sihe Bridge are described. The structure adopts a support system with towers and beams consolidated， and the static structural calculation and analysis of the main bridge structure are carried out using MIDAS CIVIL finite element analysis software. The calculation results show that the structural design is reasonable and the section checking meets the requirements of the specification.

Keywords： low-tower cable-stayed bridge; conceptual design; structural design; structural calculation; section checking

矮塔斜拉橋是一種塔矮、梁剛的組合結構體系，其索力對結構貢獻與斜拉橋相比相對較小，結構主要是以主梁受力為主，斜拉索受力為輔。斜拉索應力變幅較小，在設計中一般不考慮活載應力變化引起拉索的疲勞，通常認為是連續(xù)梁結構外加體外索加勁組合結構，因而主梁的高度比同等跨徑的連續(xù)梁要小，結構造型優(yōu)美，備受橋梁工程師的青睞，是大跨徑橋梁常選用橋型結構方案。

1" 工程概況

湖北省十堰市鄖陽區(qū)安油線跨河通道改建工程，線路基本呈北—南走向，路線起點位于泗河北岸的茅草嶺，與已建的S337鄖陽北互通至安陽段新建公路平交；路線終點位于泗河南岸大路溝，與擴建的S304油長路平交，路線全長2.1 km。全線設置虎頭山大橋490 m/1座，主橋采用（100+180+100） m矮塔斜拉橋，通航凈空按天然和渠化河流Ⅲ級航道通航標準設計，設計最高通航水位140.75 m，設計最低通航水位139.5 m。雙向四車道一級公路，兼顧城市道路功能，設計速度60 km/h，路基寬度30 m，橋梁寬度32 m。橋梁設計荷載為公路－Ⅰ級，設計洪水頻率為1/100。

2" 橋型方案設計分析

泗河特大橋是連接已建的S337安陽路與S304油長路重要過河通道，橋面高程及橋位受控于兩岸已建道路；因此其橋梁的控制因素主要有：①滿足已建的S337安陽路與S304油長路連接線設計線型指標[1]；②橋下凈空須滿足Ⅲ級航道通航標準。根據通航認證報告及通航批復文件橋梁主橋跨徑不小于180 m。主跨在180 m的橋型結構較多，有連續(xù)剛構、系桿拱、矮塔斜拉橋和自錨式懸索橋等，由于橋梁兩端接線和自然條件限制，系桿拱和自錨式懸索橋施工時臨水措施較多，方案實施風險性高且難度大，因此該2種橋型結構方案不適合本項目，受橋梁兩端接線高程及橋下通航凈空要求連續(xù)剛構橋也不適合，結合橋梁兩端接線、施工安全方便、工程經濟性和橋型結構美觀等因素綜合比選，最終主橋選用預應力混凝土矮塔斜拉橋。

3" 結構設計分析

標準橋面寬度設計：2.0 m人行道+3.0 m非機動車道+0.5 m防撞護欄+8.5 m機動車道+0.5 m防撞護欄+3 m橋塔區(qū)+0.5 m防撞護欄+8.5 m機動車道+0.5 m防撞護欄+3.0 m非機動車道+2.0 m人行道=32 m；主橋橋型布置圖如圖1所示。

3.1" 預應力混凝土主梁分析設計

預應力混凝主梁采用縱、橫、豎三向預應力混凝土結構，混凝土標號采用C55，斷面型式采用大懸臂變高度單箱三室斜腹板截面，中支點梁高6.5 m，跨中梁高3.5 m，主梁支點處兩側4.0 m至邊、中跨方向梁體77 m范圍內箱梁高度按1.8次拋物線變化，中跨直線段長為26 m，邊跨直線段長為22.8 m。箱梁頂板寬為32 m，兩側懸臂板長5 m，腹板斜率為1∶2.7，由于采用斜腹板底板寬度隨梁高而變化。0號塊邊腹板厚度由90 cm變厚至130 cm，中腹板厚度由80 cm變厚至120 cm；1—7號塊邊腹板厚90 cm，中腹板厚80 cm；8號塊為腹板變厚過渡段，邊腹板厚度由90 cm變至60 cm，中腹板厚度由80 cm變至50 cm；8—22號塊邊腹板厚60 cm，中腹板厚50 cm。主梁在每根斜拉索主梁錨固點處均設置橫隔梁，中室頂板厚72 cm，邊室頂板厚32 cm。主梁0號塊處中橫梁厚7 m，端橫梁厚2 m。

3.2" 主墩、塔及支承體系、斜拉索面分析設計

為了行車視覺的通透，結構采用單索面布置；減少下部基礎的結構尺寸、增強橋墩結構的防撞能力、考慮到橋墩墩高較矮等因素，支承體系采用索塔與主梁為固結、墩梁分離的支承體系。索塔布置在中央分隔帶內，索塔與主梁為固結，橋面以上塔高34 m，采用多邊形實心截面鋼筋混凝土結構。為加強橋梁主梁縱向剛度，在索塔塔根部以上13 m范圍內采用雙肢斷面，縱橋向單肢橋塔斷面由塔底根部的2.5 m直線變化至13 m高位置處的3.1 m，從13 m以上至塔頂范圍內采用在縱橋向截面由6.20 m漸變至塔頂位置0.5 m，橫橋向寬為3.0 m的單肢截面。為了增加橋墩結構的防撞能力，主墩采用花瓶實心墩，六邊形形狀，橋墩頂寬17.5 m，底寬通過11.5 m，橋墩厚度沿橫橋向變化；主墩承臺為整體式矩形承臺，平面尺寸為19.2 m×11.6 m，厚4.0 m。主墩基礎采用15根直徑2.2 m嵌巖鉆孔灌注樁。

3.3" 塔、梁錨固體系分析設計

矮塔斜拉橋塔上錨固裝置當前主要采用內、外管式和分絲管式貫通式鞍座，其中內、外管式索鞍接觸處混凝土應力大，拉索受力不均勻而且不便于檢查斜拉索防腐質量情況，拉索的施工、更換相對較為困難； 分絲管式索鞍在混凝土索塔能分散、均勻傳遞載荷，索鞍下部混凝土的應力分散，各索股不存在相互擠壓， 改善受力情況；穿索較易， 施工方便，換索及調索相對方便。因此綜合考慮索塔及拉索受力、施工便易、后期養(yǎng)護、換索等因素，設計采用分絲管式鞍座[2]。在索塔錨固區(qū)為預應力雙向抗滑裝置，通過擠壓的方式在抗滑錨固區(qū)單根鋼絞線布置2個抗滑鍵，分別在索鞍兩側，然后通過對索鞍的鋼絞線施加預約力，保證在拉索運營過程中，抗滑鍵始終緊貼索鞍，形成永久性超高抗滑力，降低索鞍的磨損；施工便利，方便索力調整。斜拉索雙排布置在主梁的中央分隔帶處，錨固在主梁中室頂板橫隔梁上，橫向間距1.0 m。塔根兩側無索區(qū)長度56 m，中跨無索區(qū)長度20 m，邊跨無索區(qū)長19.8 m，梁上索距4.0 m，塔上索距0.8 m。采用主梁側對稱張拉。每個索塔設有2×14對28根斜拉索，全橋共56根斜拉索。

4" 結構計算

4.1" 主要技術參數

①道路等級為城鎮(zhèn)化一級公路。②設計車速為60 km/h。③設計荷載：汽車荷載為公路-Ⅰ級，非機動車道荷載按CJJ 11—2011《城市橋梁設計規(guī)范》取值，人群荷載按CJJ 11—2011《城市橋梁設計規(guī)范》取值。④地震基本烈度為6度，地震動峰值加速度0.05 g，抗震設防類別為A類；橋梁抗震設計方法為1類。⑤抗風設計根據JTG/T 3360-01—2018《公路橋梁抗風設計規(guī)范》，取100年重現期的規(guī)范值，基本風速27.3 m/s；當風荷載與汽車荷載組合時，橋面高度處的風速取25 m/s；橋梁所在場地的地表類別B類。

4.2" 主橋靜力分析計算

主橋靜力計算采用Midas Civil（2023V1.1）空間有限元計算分析軟件建立空間模型，主梁、塔墩采用空間梁單元模擬，拉索采用Ernst桁架單元模擬。模型邊界條件處理：支座采用彈性連接模擬；通過設置剛性桿件模擬斜拉索與主梁和主塔的連接[3]；按實際施工過程進行模擬，對個施工階段、成橋階段進行整體受力計算，計算結構模型如圖2所示。

4.2.1" 主梁靜力計算

預應力混凝土主梁根據JTG 3362—2018《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》按全預應力混凝土構件設計。結構計算分別對主梁正截面抗彎、斜截面抗剪承載力進行驗算，主要驗算截面結果見表1、表2。同時對施工階段正截面應力、使用階段正截面混凝土拉應力、斜截面混凝土主拉應力、主梁撓度進行驗算，驗算結果均滿足設計規(guī)范要求[4]。其中，汽車荷載作用下主梁最大撓度為混凝土撓度變化為94.0 mm，撓跨比fn=94.0/180 000=1/1 908＜L/500（L為總跨度），撓度驗算滿足規(guī)范要求。主梁在作用頻遇組合下斜截面最大拉應力（中支點橋塔范圍外）最大主拉應力0.6 MPa，中支點橋塔范圍根據局部實體分析結果最大主拉應力0.6 MPa，均滿足規(guī)范，主梁在作用標準組合下，主梁支點位置正截面上緣最大壓應力17.1 MPa（拉索區(qū)：第一體系上緣壓應力為15.1 MPa+第二體系上緣壓應力為2.18 MPa（第二體系局部計算）=17.28 MPa）；底緣最大壓應力13.224 MPa，力均小于允許值0.5fck（混凝土軸心抗壓強度標準值）=17.75 MPa，滿足規(guī)范要求。

4.2.2" 塔柱及斜拉索靜力計算

結構設計分別對混凝土塔柱、斜拉索進行計算，在頻遇組合下索塔最大壓應力13.10 MPa，而且索塔沒有出現拉應力，在極限能力組合下塔縱橋向最大彎矩為45 662.0 kN·m，最大剪力為5 086.0 kN，塔底軸力最大值為167 878.4 kN，經計算塔柱承載能力均能夠滿足規(guī)范設計要求。

斜拉索應力在基本荷載作用組合下，經計算其中邊跨側最外側拉索S14應力最大，最大應力1.1×798.1=877.9 MPa＜1.5×1 005=1 507.5 MPa，滿足規(guī)范要求。斜拉索在斷索工況下：根據計算分析最大拉索應力為1 038.4 MPalt;1 507.5 MPa，滿足設計要求。斜拉索在換索工況：根據計算最大拉索應力為1 051.3 MPalt;1 507.5 MPa，滿足設計要求。斜拉索在疲勞工況下：鋼絞線斜拉索最大應力幅為11.3 MPa≤80 MPa，滿足JTG/T 3365-01—2020《公路斜拉橋設計規(guī)范》要求[5]。

5" 主橋抗震計算

采用JTG/T 2231-01—2020《公路橋梁抗震設計規(guī)范》，對100 m+180 m+100 m泗河特大橋按《公路橋梁抗震設計規(guī)范》中的1類橋梁，采用E1地震作用和E2地震作用2種地震動水平進行抗震計算，橋墩截面計算結果見表3、表4。

6" 結束語

矮塔斜拉橋作為一種經濟性、景觀性好的橋型結構，在100～300 m之間具有較強的競爭力；本文以泗河特大橋矮塔斜拉橋實例工程為依托，從橋型方案設計比選分析、結構設計分析進行了闡述，并運用MIDAS CIVIL有限元分析軟件對該橋結構進行了靜力計算分析。分析了主梁應力、截面的強度驗算及斜拉索在斷索、換索、疲勞等工況下結構應力及截面強度的驗算結果均能滿足現行設計規(guī)范要求，進行論證該橋功能滿足要求、結構設計合理。

參考文獻：

[1] 李鵬程.渠江特大橋總體設計比選[J].城市道橋與防洪，2021， 9（9）：48-50.

[2] 陳軍剛，陳孔令，張焱.南盤江特大橋部分斜拉橋設計[J].橋梁建設，2009（5）：36-39.

[3] 吳用賢，仲健，陸宏偉.承德市閆營子主橋結構設計及計算分析[J].城市道橋與防洪，2020，8（8）：144-146.

[4] 程宏斌.六安市佛子嶺路跨鳳凰河橋設計分析[J].城市道橋與防洪，2020，6（6）：78-81.

[5] 公路斜拉橋設計規(guī)范：JTG/T 3365-01—2020[S].