滕州市解放大橋構思與設計

徐治芹，朱南松，祁永利

（中國市政工程華北設計研究總院，天津市 300074）

1 概述

解放大橋位于山東省滕州市東北側荊河與小清河交匯處，跨越荊河，是滕州市兩河治理關鍵景觀節點，是荊河兩岸生態休閑長廊建設工程項目的重要組成部分，是解放路貫穿城市東西主干道的咽喉。

解放大橋全長405 m，其中主橋采用跨徑為40 m+36 m+34 m+175 m=285 m的獨塔單索面混合梁斜拉橋，見圖1。引橋為2×30 m預應力混凝土連續梁。橋面全寬34 m。

圖1 解放大橋

2 設計原則及構思

2.1 橋型方案設計原則

由于地處兩河治理的關鍵景觀節點，解放大橋在滿足功能要求的基礎上，應與環境相融合，努力成為該區域景觀亮點。橋型方案設計遵循以下原則：

（1）結構安全、耐久，技術先進，既能滿足現狀交通，又能適應遠期交通快速發展的需要。

（2）造型美觀、新穎，既能與周圍環境有機融合，又能體現滕州市蓬勃發展的城市風貌。

2.2 主橋橋型方案的確定

（1）橋跨確定

橋址位于兩河交匯處，河面較寬。根據規劃，在此兩河治理的關鍵景觀節點上，橋梁需要一跨跨越主河道，所以本橋不設水中墩，采用一跨跨越荊河。另外綜合考慮輔路、沿河路的通行空間，橋梁主跨跨徑最終確定為175 m。

（2）橋型選擇

跨度175 m的橋型有連續梁橋、連續剛構橋、拱橋與斜拉橋等。

連續梁橋、連續剛構橋造價低，技術成熟，但梁體高度大，造型平庸壓抑，景觀效果差。另外，由于梁體高度大，若要滿足行洪要求，必須抬高橋面，這對兩頭接線會產生很大影響，使擋土墻過高，這是橋址旁的五星酒店不能接受的。

系桿拱橋造型豐富，在城市橋梁中，為了達到良好的景觀效果，一般會采用鋼拱鋼梁，這樣造價會大幅攀升，拱肋為壓彎構件，若采用鋼管混凝土結構，其耐久性受到質疑。

斜拉橋氣勢磅礴，造型優美，采用組合結構橋塔，可以有效控制投資，混合梁相比鋼梁更經濟，結構剛度更好，因此是本橋首選橋型。

新一輪食品藥品監管體制改革以來，甘肅省永登縣食品藥品監督管理局不等不靠、攻堅克難，優化頂層設計、創新監管舉措，探索建立了縣鄉兩級機構高效運轉、監管責任有效落實的監管機制，初步形成了能夠適應新形勢、新體制的食品藥品安全治理體系，各項工作成效明顯，轄區連續5年未發生較大食品藥品安全事故。

（3）橋型布置

對于175 m跨度，單塔斜拉橋優于雙塔，且處于經濟跨徑之內，氣勢更加雄偉。

本橋軸線與荊河呈斜交，拉索若采用雙索面布置，在視覺上會顯得凌亂，索面布置則讓人感覺簡潔、明快。

獨柱式主塔有效減少了占用橋面的空間，塔尖的特殊處理增加了主塔的力度與動感。橋塔采用鋼管混凝土結構。相比混凝土橋塔，節省了支模及模板費用，減小了結構尺寸；相比于鋼箱橋塔，充分發揮了混凝土的受壓性能，降低了造價，且具有良好的穩定性。

整個主塔外觀挺拔、纖細，形式新穎、別致，結構受力合理。

綜上，本橋采用鋼管混凝土獨塔單索面混合梁斜拉橋，符合橋梁的景觀定位，滿足各項要求。

3 橋梁總體設計

解放大橋全長405 m,其中主橋長285 m，兩側引橋分別長60 m。主橋采用塔墩梁固結的獨塔單索面混合梁斜拉橋，主跨采用正交異性橋面板鋼箱梁，邊跨采用預應力混凝土連續箱梁，鋼混結合段設置在主跨距主塔中線10.5 m位置。引橋采用預應力混凝土連續梁。立面布置見圖2。

斜拉橋在邊跨設置兩個輔助墩，主梁在的邊墩和輔助墩設置盆式支座，形成多跨連續梁體系。拉索與鋼箱梁在中央錨固區采用鋼錨箱連接；拉索與混凝土梁在中央錨固區采用混凝土楔形錨塊連接；拉索上端穿過鋼管混凝土橋塔后，錨固于中塔拉索錨固段。

橋梁橫斷面布置為：3.0 m人行道+3.5 m非機動車道+8.5 m機動車道+4 m中央分隔帶（布置橋塔和斜拉索）+8.5 m機動車道+3.5 m非機動車道+3.0 m人行道，全寬34 m。

橋面采用雙向1.5%橫坡，坡度由主梁頂面設置橫坡形成。橋面鋪裝采用澆筑式瀝青混凝土。

4 橋梁結構設計

4.1 主塔結構

主橋塔高90 m，采用鋼管混凝土結構，見圖3。橋塔分下塔、中塔、上塔三部分，高度分別30 m、40 m、20 m。

下塔采用分離式雙鋼管混凝土塔柱形式。鋼管外徑3.6 m，壁厚50 mm，內填C50微膨脹混凝土。兩鋼管中距5.6 m。

中塔為斜拉索錨固段。兩塔柱之間通過50 mm腹板連接成整體。同時用鋼板將兩中塔柱包裹成橢圓型，以達到良好的景觀效果。斜拉索錨槽鋼板均焊接在腹板上，錨槽鋼板依斜拉索角度的不同而不同，厚度為20 mm。由錨槽鋼板和鋼管構成的空間澆筑微膨脹混凝土；由錨槽鋼板和腹板構成的空間不澆筑混凝土，形成拉索安裝空間。

上塔為裝飾性橋塔，采用分離的兩鋼管結構，鋼管外徑為3.6 m，管壁厚度為20 mm。塔頂安裝避雷裝置。

4.2 鋼箱梁結構

鋼箱梁采用正交異性板的大懸臂扁平鋼箱梁結構。鋼箱梁全長164.5 m，懸臂翼緣至鋼梁底高度為2.8 m，橋梁中心線處梁高為3.055 m。鋼箱梁頂寬34m，梁底寬23.6m，兩側懸臂各3.0m。梁頂板設置1.5%的雙向橫坡，梁底水平。梁體斷面為單箱五室截面，通長設兩道邊腹板、兩道中腹板及兩道錨腹板，邊腹板為向橋梁外側傾斜37.7°，見圖4。

箱梁頂板標準段厚度16 mm，斜拉索錨點附近加厚到24 mm；底板厚度14 mm，斜拉索錨點附近加厚到24 mm；箱梁錨腹板厚度30 mm，中腹板厚度20 mm，邊腹板厚度20 mm。

4.3 預應力混凝土箱梁

全部邊跨以及主跨靠近主塔10.5 m長度范圍內采用預應力混凝土梁。預應力混凝土梁梁高與鋼箱梁相同為2.8 m，全寬亦為34 m。箱梁為單箱五室截面，箱梁底寬23.6 m，箱頂寬34 m。箱梁頂板厚度30 cm，底板厚度30 cm，錨固箱室頂板厚度為80 cm，邊腹板和中腹板厚度70 cm，錨腹板厚度為100 cm，見圖5。預應力混凝土箱梁內布置高強度低松弛預應力鋼絞線，鋼絞線一端錨固于鋼混結合段的封頭板上。

4.4 鋼箱梁與預應力混凝土梁結合段

圖2 解放大橋立面圖（單位：cm）

圖3 主塔斷面圖（單位：mm）

鋼混結合段設置在主梁彎矩和剪力均較小、主跨距主塔中心10.5 m處，結合段長2.5 m。鋼箱梁端部設置多格室結構，并在格室內填充無收縮混凝土，通過剪力鍵傳遞軸力、剪力和彎矩。鋼混結合段增加π形加勁，以使剛度過渡平穩。為了使鋼箱梁與混凝土箱梁緊密結合，預應力混凝土箱梁的預應力束均錨固在結合段鋼梁的封頭鋼板上，在頂底板也設置了48根Ф25長精軋螺紋鋼筋。

4.5 斜拉索

斜拉索采用扇形布置,單側分布13對，全橋共計斜拉索52根。斜拉索上端錨固于中塔內部的斜拉索錨槽內，下端錨固于中央分隔帶。塔上拉索錨固點豎直間距由下到上依次為4×3 m+8×2 m。主梁主跨側錨固點水平間距為12m；主梁邊跨側錨固點水平間距由橋塔起依次為5×9 m+7×4.5 m。橫橋方向斜拉索錨點距橋中心線0.5 m。

斜拉索采用直徑7 mm的低松弛高強度環氧噴涂平行鋼絲成品索,外層防護采用熱擠雙層高密度PE防護套,斜拉索兩端采用冷鑄鐓頭錨具。拉索張拉端設置在塔上。

4.6 阻尼裝置

拉索是斜拉橋上部結構的關鍵構件，是一種柔性大、質量小、阻尼小的高應力結構，易發生各種類型的橫向振動，包括風雨振、渦振、交通荷載引起的振動等。拉索的振動會引起過往人員的不舒適感，對橋梁的安全性產生懷疑。拉索的經常性大幅振動容易引起錨固端的疲勞，或者損害拉索端部的腐蝕保護系統，縮短拉索的使用壽命，造成拉索失效，影響橋梁安全。同時，根據抗震計算結果，全橋68對拉索均在底部設置永磁調節式磁流變阻尼器。

本橋選用的永磁調節式磁流變阻尼器，具有全振幅，提供的最大阻尼力可達3 kN，疲勞壽命200萬次以上，在控制拉索微幅振動下，使用壽命可達10 a以上，其運營期間基本不需要維護。

4.7 微膨脹混凝土配比設計

鋼管混凝土要求具有一定的膨脹性能，混凝土膨脹率影響混凝土與鋼管之間的密實程度，進而影響鋼管混凝土結構的承載能力，而膨脹率大小取決于混凝土中所用膨脹劑種類和摻量。因此，必須選用合適的膨脹劑和摻量，以保證混凝土的膨脹與強度增長能匹配協調發展。

圖4 鋼箱梁斷面圖（單位：mm）

圖5 混凝土箱梁斷面圖（單位：mm）

另外，為便于鋼管混凝土澆注，滿足施工工藝，要求混凝土早期強度高、坍落度大、緩凝、低熱、自密實及可泵性好等性能。

本橋主塔鋼管和鋼混結合段格室結構內，均需填筑微膨脹混凝土，本橋對微膨脹混凝土的配合比和限制膨脹率進行了試驗研究。結果見表1所列。

表1 微膨脹混凝土配合比和限制膨脹率試驗結果

5 結語

（1）鋼管混凝土橋塔為軸壓構件，充分發揮了鋼管對混凝土的套箍作用，承載能力高、穩定性好。鋼管兼做混凝土澆筑時的模板，施工便捷、能有效節省投資，同時其外觀纖細優美，可在斜拉橋橋塔的設計中推廣使用。

（2）本橋主跨采用鋼箱梁，自重小、強度高、跨越能力大，且外觀流暢輕盈。邊跨采用預應力混凝土梁，既為平衡主跨提供了所需的重量，又節省了工程造價。同時明顯提高了結構剛度。鋼箱梁與混凝土梁通過鋼混結合段實現受力過度連接。

（3）拉索采用低松弛高強度環氧噴涂平行鋼絲成品索，承載能力高，防腐性能好。單索面扇形的布置方式，外觀簡潔、明快，且韻律十足。

該橋現已投入運營，不僅大大緩解了滕州市的交通壓力，促進東西城區經濟互動發展，而且對城市環境的美化、城市品位和檔次的提升具有重要意義，已成為滕州市地標性景觀建筑。

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