新泰青龍路橋設(shè)計

徐弈鑫

（同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院（集團）有限公司，上海市 200092）

1 工程概況

新泰青龍路橋又名“清音橋”，位于山東省新泰市，是青龍路東延伸段跨越東周河（青云水庫溢洪道）的一座橋梁。東周河西岸為新建的清音公園，東周河?xùn)|岸為海拔495.6 m的青云山，橋位北側(cè)為青云水庫。橋梁設(shè)計時考慮一跨過河以消除對泄洪的影響。設(shè)計方案在滿足橋梁使用功能的前提下，力求結(jié)構(gòu)造型新潁、富有時代感，能充分體現(xiàn)新泰市城市風(fēng)貌及其悠久的歷史文化內(nèi)涵。圖1為青龍路橋主橋效果圖。

圖1 青龍路橋主橋效果圖

2 建設(shè)條件

2.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級：城市Ⅱ級主干路；

（2）設(shè)計車速：60 km/h；

（3）設(shè)計荷載：城—A，人群荷載按《城市橋梁設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ 77-1998）取用；

（4）環(huán)境類別：Ⅱ類；

（5）地震烈度：抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10 g。

2.2 地質(zhì)條件

（1）工程地質(zhì)條件

東周河西岸回填土厚度較大，且未完成自重固結(jié)，地層巖性、巖石面埋藏深度變化較大，且分布不均勻，工程地質(zhì)性質(zhì)差異較大；東周河?xùn)|岸地層結(jié)構(gòu)簡單，巖土體分布較均勻，且?guī)r土層工程地質(zhì)性質(zhì)良好，中風(fēng)化巖層埋深較淺，適宜建設(shè)。

（2）地震

工程場地位于新泰-蒙陰斷裂上。新泰-蒙陰斷裂是魯西斷塊區(qū)內(nèi)一條規(guī)模較大的北西向斷裂。該斷裂段為早、中更新世活動斷裂，小斷裂為第四紀不活動斷裂，同時，新泰-蒙陰斷裂發(fā)育在兩種不同巖性的地層之間，斷裂破碎帶規(guī)模較大，斷裂兩側(cè)地基承載力存在明顯差異。東周河西岸位于斷裂帶上盤，巖層分布均勻；東岸位于斷裂帶下盤，巖層完整、均勻，地質(zhì)性能較好。

3 總體設(shè)計

青龍路橋主橋為獨塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋結(jié)構(gòu)，塔、梁半漂浮體系，主橋跨徑布置為138 m+102 m=240 m，引橋為3×30 m等高度預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，全橋總長330 m。橋梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面布置為：5 m人行道和非機動車道+2 m分隔帶+23 m機動車道+2 m分隔帶+5 m非機動車道和人行道=37 m。主橋索塔處32 m范圍內(nèi)橋面局部加寬，人行道從索塔外緣繞塔而過。

主橋箱梁采用單箱四室的斜腹板箱形斷面（見圖2），梁高2.8 m，寬37 m。主跨索距6 m，邊跨索距4.4 m，每對拉索處設(shè)置橫隔板。箱梁端橫梁厚1.5 m，中橫梁厚3 m，中橫梁下設(shè)縱向固定支座與索塔相連。

索塔采用異型索塔，順橋向呈Y字形（見圖3），橫橋向呈人字形（見圖4），索塔總高106.55 m，其中橋面以上高95.08 m。塔底順橋向為8 m，橫橋向為5.468 m，上塔柱為2.6 m×3.8 m。斜拉索錨固區(qū)采用鋼混凝土結(jié)合的錨箱結(jié)構(gòu)。

圖2 主橋標(biāo)準(zhǔn)斷面圖（單位：m）

圖3 主橋索塔立面圖（單位：m）

圖4 主橋索塔側(cè)面圖（單位：m）

由于東岸地層均勻，受力特性較好，主橋索塔基礎(chǔ)采用擴大基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式，混凝土標(biāo)號為C30。擴大基礎(chǔ)分上下兩層，上層承臺縱橋向?qū)?9 m，橫橋向長54.9 m，高3.5 m，下層承臺縱橋向?qū)?9.6 m，橫橋向長56.9 m，高3.5 m。承臺底面設(shè)置18個2 m×2 m的抗滑齒塊。擴大基礎(chǔ)基底落在巖面較完整的中風(fēng)化花崗巖上。

4 設(shè)計難點及處理方法

4.1 主橋抗震設(shè)計

根據(jù)該橋《地勘報告》及《地震安全性評價報告》可知，橋址位于地震斷裂帶上，西岸為斷裂帶上盤，巖層地質(zhì)條件較差，東岸為斷裂帶上盤，巖層均勻，力學(xué)性能較佳。

設(shè)計中根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計細則》（JTG/T B02-01-2008）[1]第4.1.9條規(guī)定，當(dāng)符合下列條件之一時，可不考慮發(fā)震斷裂錯動對橋梁的影響：（1）抗震設(shè)防烈度小于8度；（2）非全新世活動斷裂；（3）抗震設(shè)防烈度為8度和9度時，前第四紀基巖隱伏斷裂的土層覆蓋厚度分別大于60 m和90 m。該橋橋址處新泰-蒙陰斷裂為“早、中更新世活動斷裂”，場地附近的斷裂均不是全新世活動斷裂。同時，新泰地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10 g。因此，該橋橋位完全滿足《公路橋梁抗震設(shè)計細則》（JTG/T B02-01-2008）“可不考慮發(fā)震斷裂錯動對橋梁的影響”的各項條件，故無需考慮場地斷裂錯動對橋梁的影響，根據(jù)地質(zhì)條件確保橋梁基礎(chǔ)承載力和沉降滿足規(guī)范要求即可。

在設(shè)計過程中，將原初步設(shè)計設(shè)置在東周河西側(cè)、距斷裂帶最近的主塔移到地質(zhì)條件好的東側(cè)。通過這一避讓措施優(yōu)化橋梁總體布置后，不僅使橋梁基礎(chǔ)避開了地質(zhì)條件較差的斷裂帶，改善了基礎(chǔ)的設(shè)計條件，同時也能節(jié)省造價，方便施工，縮短工期。

為了保證橋梁運營中的安全性，對于主橋抗震性能進行了專項研究。根據(jù)抗震研究結(jié)論，主橋自重較大，加速度峰值較高，反應(yīng)譜計算得到的地震響應(yīng)很大，很多截面驗算無法通過，因此需要在支座位置采用一定的減隔震措施，減小地震作用效應(yīng)。非線性時程分析結(jié)果驗算表明，在設(shè)置彈塑性阻尼裝置和適當(dāng)增加配筋后，所有墩、塔和樁截面均滿足要求。

施工過程中，根據(jù)現(xiàn)場開挖可知，索塔塔底巖層情況與地質(zhì)勘探基本符合，經(jīng)過抗震研究組復(fù)核后，索塔地基巖層滿足設(shè)計要求。

4.2 異型塔索區(qū)拉桿設(shè)計

根據(jù)建筑景觀效果，主橋索塔為異型塔，順橋向上部兩個塔柱分離呈Y字型，兩側(cè)斜拉索分別錨固在分離的兩個塔柱上，兩個塔柱之間僅依靠9根拉桿連接。斜拉橋的受力特點在于通過斜拉索將主梁以及活載的力轉(zhuǎn)化為索塔的豎向壓力，而索塔斜拉索錨固區(qū)是受力關(guān)鍵點，在錨固區(qū)采用分離式塔柱對于拉桿的設(shè)計是該橋設(shè)計的一個難點。

該橋上塔柱斜拉索錨固區(qū)混凝土形成U字形結(jié)構(gòu)，塔柱中間采用鋼混凝土結(jié)合的鋼錨箱結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)和混凝土之間通過剪力釘及PBL剪力鍵的傳力方式連接。左右分離的塔柱間采用9道2 m高的鋼拉桿連接，抵抗斜拉索的拉力。鋼拉桿左右兩側(cè)澆筑60 cm厚的混凝土并張拉φ32精軋螺紋鋼筋。拉索錨固區(qū)塔柱內(nèi)橫橋向布置φ32精軋螺紋預(yù)應(yīng)力鋼筋，形成“#”字形布置。

設(shè)計中采用大型有限元分析程序ANSYS，建立空間板殼實體有限元模型進行計算分析[2-5]。主橋索塔的有限元模型如圖5。

由空間實體模型計算結(jié)果可以得到以下結(jié)論：

（1）索塔錨固段鋼錨箱端板Von Mises應(yīng)力極值為166 MPa，側(cè)面拉板的Von Mises應(yīng)力極值為80.8 MPa，均在鋼材允許應(yīng)力210 MPa以下，滿足規(guī)范要求，構(gòu)件具有足夠的強度。

（2）索塔混凝土順橋向拉應(yīng)力極值為0.54 MPa，橫橋向拉應(yīng)力極值為1.60 MPa，豎向拉應(yīng)力極值為0.42 MPa，主拉應(yīng)力極值為1.14 MPa，主壓應(yīng)力極值為-14.9MPa，均滿足規(guī)范要求。

圖5 主橋索塔有限元計算模型

5 結(jié)語

新泰青龍路橋為采用空間異型索塔斜拉橋，設(shè)計過程中在橋梁總體布置、基礎(chǔ)抗震設(shè)計、索塔受力等關(guān)鍵技術(shù)上作了一些研究和探索，并取得了預(yù)期的效果，對今后類似橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計具有一定的技術(shù)借鑒作用。

[1]JTG/T B02-01-2008，公路橋梁抗震設(shè)計細則［S］.

[2]范力礎(chǔ).橋梁工程［M］.北京：人民交通出版社，1996.

[3]項海帆.高等橋梁理論［M］.北京：人民交通出版社，2001.

[4]JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范［S］.

[5]JTG D60—2004，公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范［S］.