六安市梅山南路斜靠拱橋設計

程正林

（林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司，上海市 200433）

0 引言

六安市梅山南路橋跨越淠河總干渠，老橋建于20世紀90年代，老橋為三跨T構帶掛梁橋型，現已成為危橋，須拆除重建。淠河總干渠河口寬度85 m左右，河道通航等級為Ⅵ級；淠河為飲用水源保護地，橋型跨徑布置要求一跨過河，不得河中設墩；橋頭兩端緊鄰平面交叉口，新建橋梁橋面標高沒有進一步抬升空間；梅山南路為六安市城市主干路，橋面寬度為51 m；橋位地處城市核心區域，周邊環境對橋梁景觀提出了極高要求。

1 方案設計

只有充分研究、分析、理解橋梁設計控制條件及影響因素，才能設計合理的橋型方案，合理的橋型方案既能滿足功能要求，也能節約造價并通過橋梁景觀提升周邊地塊的價值。

根據橋位處河口寬度，一跨過河橋梁跨徑為95 m左右。受兩岸接線交叉口標高及橋下通航凈空限制，橋梁結構高度最大只能做到2.6 m。受結構高度限制，普通梁橋無法滿足要求，需采用索類橋型，索類橋型中斜拉、懸索結構受一跨過河及橋頭交叉口限制無法展開，而索類橋型中的下承式拱橋是較為適合的橋型方案。該橋斷面較寬，傳統系桿拱橋拱肋間設置風撐，風撐與拱肋形成的“門”形跨高比太大造成比例失調，且空間上感覺比較壓抑，景觀效果一般。斜靠拱橋是解決上述問題的理想方案。該橋采用下承式無推力體系，布置跨徑為單跨95 m，橋面寬度51 m。全橋共設4道拱肋，其中內側主拱肋直徑較大，其外側采用裝飾拱肋，采用鋼管混凝土，主梁采用混凝土結構。圖1為梅山南路橋效果圖。

圖1 梅山南路橋效果圖

2 結構設計

橋梁上部結構采用鋼管混凝土斜靠拱組合預應力混凝土主梁結構，下部結構采用直壁式鋼筋混凝土橋臺，鉆孔灌注樁基礎。

拱肋計算跨徑為92 m，拱軸線采用二次拋物線，矢跨比1/4.5（斜拱立面投影與主拱一致）。拱肋采用鋼管混凝土，拱肋截面單圓管,主拱、斜拱拱肋直徑分別為2.0 m、1.5 m。拱肋鋼管采用Q345qD鋼，主拱、斜拱鋼管壁厚分別為25 mm、20 mm，拱肋內填充C50微膨脹混凝土。中間兩道拱肋鋼管外設裝飾鋼桁架。

主梁結構由主拱系梁、斜拱系梁、端橫梁、中橫梁、橋面板幾部分組成。系梁全部采用預應力混凝土箱形結構，主系梁高2.20 m，底寬3.5 m，腹板寬0.4 m；邊系梁梁高2.01 m，底寬3.0 m，腹板寬0.4 m。中橫梁采用預應力鋼筋混凝土結構，梁高1.98～2.45 m，寬0.22～0.7 m，主拱肋之間中橫梁底部設計為馬蹄形以適應結構受力要求，馬蹄寬0.5 m，高0.35 m，中橫梁間隔5 m。圖2為主梁斷面圖。

圖2 主梁斷面圖（單位：mm）

該橋吊桿均采用成品索，吊桿由φ7 mm的高強度、低松弛環氧涂層鋼絲組成，主吊桿采用PES7-109環氧噴涂平行鋼絲低應力防腐拉索，斜吊桿采用PES7-85環氧噴涂平行鋼絲低應力防腐拉索。主吊桿、斜吊桿布置間距皆為5 m。

3 結構分析

該橋橫向較寬，空間效應非常顯著，傳統的桿系及梁單元模型很難準確模擬結構的實際受力狀態。該橋結構設計采用通用有限元ANSYS程序建立空間實體單元模型。預應力鋼束采用LINK8桿單元模擬，建立系梁鋼束、端橫梁鋼束和中橫梁鋼束空間單元模型。詳見圖3～圖8及表1、表2。

圖3 計算模型

圖4 成橋階段吊桿內力（單位：kN）

圖5 成橋階段主拱肋鋼管應力（單位：MPa）

圖6 成橋階段主拱肋混凝土應力（單位：MPa）

圖7 成橋階段主梁頂面縱向正應力Sx（單位：Pa）

圖8 成橋階段主梁底面縱向正應力Sx（單位：Pa）

表1 成橋階段拱圈應力設計值

表2 成橋階段主梁應力設計值

通過計算分析，成橋階段主拱、斜拱吊桿最大內力分別為2 230 kN、1 590 kN，對應安全系數分別為3.14、3.44，滿足規范要求；鋼管混凝土拱肋各項應力滿足規范要求；主梁截面為出現拉應力；拱肋正、負擾度之和為 0.003-（-0.014 2）=0.017 2 m<92/1 000=0.092 m，滿足要求[1，2]。

4 施工方案

該橋施工采用先梁后拱方案。主要施工順序如下：滿堂支架現澆主梁，并養護至設計強度→張拉一半系梁鋼束、全部橫梁鋼束→安裝拱肋、泵送混凝土填筑拱圈，并養護至設計強度→張拉吊桿，形成系桿拱體系→張拉余下系梁鋼束及全部橋面板鋼束→附屬設施施工。

6 結語

斜靠拱橋結構新穎，造型美觀，集功能與景觀與一體，在城市橋型，特別是寬橋中有明顯優勢。斜靠拱橋作為國內較為新興的橋型，本文總結六安市梅山南路橋設計，分析細節，希望能為以后同類橋梁建設提供點參考或借鑒。

[1]GB 50923—2013，鋼管混凝土拱橋技術規范[S].

[2]陳寶春,韋建剛.吳慶雄.鋼管混凝土拱橋技術規程與設計應用[M].北京：人民交通出版社，2011.