龍灣大橋主塔設計

2012-09-25 09:18:00俞雷

城市道橋與防洪 2012年4期

俞雷

（上海現(xiàn)代建筑設計（集團）有限公司，上海市200041）

1 概述

龍灣大橋及引道工程位于廣東省佛山市禪城區(qū)南莊鎮(zhèn)及南海區(qū)西樵鎮(zhèn)，路線起于西樵鎮(zhèn)的樵金路崇民路交叉口，路線朝東北方向延伸，跨越順德水道之后繼續(xù)向東北方向前進與羅南大道交叉，之后沿羅南大道延伸直至紫洞路交叉口，全線長約4.3 km。

龍灣大橋主橋跨越順德水道，是整個工程的關鍵性控制節(jié)點。龍灣大橋主橋采用跨徑30 m+125 m+290 m+125 m+30 m=600 m預應力混凝土雙塔雙索面斜拉橋，主塔分別立于西樵側和南莊側淺水區(qū)，邊跨分別跨越西樵和南莊兩側大堤，錨墩和邊墩立于岸上，滿足水利部門對大堤保護的要求。該橋采用預應力混凝土雙塔雙索面斜拉橋，塔墩固結、主梁半飄浮結構體系。圖1為主橋布置。

2 主塔結構設計

2.1 塔身

主塔為鉆石A型空間索塔，主塔總高98 m，塔頂標高為100 m，橋面以上高度約為79 m。主塔錨固區(qū)采用等截面形式，單室箱形斷面，橫橋向寬度4 m，壁厚1.2 m，順橋向寬度6.8 m，壁厚0.7 m。

中、下塔柱采用變截面單室箱形斷面，尺寸從4.0 m×6.8 m變化至塔底5.0 m×8.5 m，壁厚從0.7×1.2 m變化到1.2×2.2 m。主塔錨固區(qū)四周設凹槽，增強塔柱立體感，改善景觀效果，同時可以避免環(huán)向預應力張拉槽切斷塔柱主筋；中、下塔柱采用矩形斷面。圖2為主塔結構圖。

主塔采用C55混凝土，塔內設有勁性骨架，以便于施工定位。塔柱內設有爬梯和人孔，方便養(yǎng)護檢修。

2.2 上、下橫梁

主塔上橫梁采用箱形斷面，高度4.0 m，寬度5.1 m，兩側各比塔柱小0.85 m，以形成鮮明的層次感，頂板、底板和腹板厚度均為0.5 m。橫梁內共配置8根Φs15.2-12的直束。

主塔下橫梁采用箱形斷面，高度4.0 m，寬度6 m，頂板、底板厚度為0.5 m，腹板厚度0.55～1.0 m，主梁支座下面設厚度1.0 m橫隔板。橫梁頂、底板內共配置40根Φs15.2-15的直束，腹板內共配置20根Φs15.2-19豎彎束，橫梁鋼束根據斜拉橋施工過程分批張拉。圖3為主塔橫梁結構圖。

2.3 索塔錨固區(qū)

主塔錨固區(qū)采用預應力平衡斜拉索水平分力，為Φs15.2 mm預應力鋼絞線環(huán)形鋼束與JL32 mm精軋螺紋鋼筋直線束相結合的錨固方式（見圖4、圖5）。拉索錨固局部構造設混凝土墊塊，墊塊表面用鋼板外包。預應力張拉槽位于塔柱凸起部分，避免切斷塔柱主鋼筋，方便施工。

2.4 附屬結構

為了便于運營期間對主塔、拉索的檢修和維護,主塔下橫梁頂面設置了人孔，進入橫梁后人員可以走通塔內各個空間。主塔內部從塔底至塔頂高度范圍內設有爬梯和平臺，通過爬梯可至每根拉索。塔頂設吊掛檢修設備、塔頂航標燈、避雷針等。塔頂雨水通過布置在主塔內的排水管排入江中。

3 主塔結構計算分析

3.1 主塔總體計算

3.1.1計算工況

主塔結構計算分施工階段和使用階段計算。施工階段對裸塔、最大雙懸臂、最大單懸臂3個狀態(tài)進行計算，考慮施工荷載、風荷載等。

圖1 龍灣大橋主橋布置（單位：m）

圖2 主塔結構圖（單位：m）

圖3 主塔橫梁結構圖（單位：m）

圖4 直線束平面布置圖（單位：cm）

圖5 U形預應力束平面布置圖（單位：cm）

使用階段考慮的荷載組合如下：

組合一：恒載+活載+預應力+收縮+徐變；

組合二：組合一+體系溫差+索與梁，塔溫差+塔左右溫差+梁上下溫差+制動力；

組合三：組合一+靜風荷載（橋面風速25 m/s）；

組合四：組合一+體系溫差+索與梁，塔溫差+塔左右溫差+梁上下溫差+靜風荷載（橋面風速25 m/s）+ 制動力；組合五：恒載+預應力+收縮+徐變+地震；組合六：恒載+預應力+收縮+徐變+靜風荷載（100 a一遇）；

組合七：組合一+支座變位+施工誤差；

組合八：組合一+體系溫差+索與梁，塔溫差+塔左右溫差+梁上下溫差+靜風荷載（橋面風速25 m/s）+支座變位+施工誤差。

3.1.2結構受力

主塔順橋向、橫橋向受力由組合二或組合四控制。主塔抗剪驗算主要由組合五控制。表1為主塔控制斷面截面應力。

根據總體計算，結構受力滿足承載能力極限

表1 主塔控制斷面截面應力（單位：MPa）

狀態(tài)設計和正常使用極限狀態(tài)設計要求。

3.2 索塔錨固區(qū)計算

3.2.1平面模型計算

主塔錨固區(qū)平面計算采用框架模型（見圖6），節(jié)段長1.75 m（塔上標準索距），取25#索處配束（索力標準組合750 t，水平角29°），錨固區(qū)配束為19Φs15.2 mm預應力鋼絞線環(huán)形鋼束與JL32 mm精軋螺紋鋼筋直線束相結合。計算中井字預應力和環(huán)向預應力的永存預應力分別為0.65fpk和0.4fpk。