預應力混凝土雙邊箱斜拉橋設計

■楊 文，何耀煒 ■.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 007;.北方國際合作股份有限公司，北京 00040

近年來，雙邊箱主梁截面結構重量輕、施工方便等優點而在大跨度斜拉橋中被廣泛采用。由于斜拉橋主梁以受壓為主、受彎為輔、同時需要一定的抗扭剛度的受力特點，所以雙邊箱主梁設計中是比較理想的斷面型式。本文主要介紹了雙邊箱主梁的設計，針對超寬預應力混凝土雙邊箱主梁設計提出了需要特別注意的幾個關鍵點，并針對這幾個關鍵點的計算模擬提出了可行的方法和步驟。

1 工程概述

南屏大橋位于江蘇省海安縣通榆路，跨越栟茶運河，路線與河流夾角62 度。項目路建設標準城市主干道，設計時速60km/h，橋寬:總橋寬49m，塔區局部加寬至51.2m。按雙向八車道布置，中間雙黃線0.5m，兩側快車道各14.75m，兩側各設置人行道2.5m、非機動車道4m，橋塔及保護區(引橋為側分帶)兩側各3m。荷載標準:城-A 級，人群荷載按城市橋梁設計規范選取。

南屏大橋全橋跨徑布置為6 ×20 +(108 +46.1 +33.9)+2 ×20m，主橋為獨塔雙索面斜拉橋(主塔位于河北側)，引橋為先張法預應力砼空心板梁橋。主橋和北側引橋位于直線段，南側引橋位于R=2400m平曲線上，縱坡分別為2.45%和2.48%，凸型豎曲線R=3500m。

2 主橋結構設計

2.1 總體結構設計

根據本橋橋面過寬的特點，結構體系確定為塔、梁、墩固結的獨塔雙索面斜拉橋，拉索呈扇形布置，梁體采用預應力混凝土雙邊箱梁，該體系整體剛度大，穩定性好。同時，為提高整體剛度，在邊跨設置了輔助墩，邊跨利用邊箱內設置壓重塊及引橋壓重來平衡斜拉索的垂直分力。

為滿足通航要求，減小運營階段主橋墩柱對橋下航行的干擾，主孔跨徑采用108 米，一跨過河，邊跨80m。在邊跨80m 內設一個輔助墩將邊跨分為46.1m+33.9m，以提高整橋的剛度，改善結構受力，主跨和邊跨均設置16 根拉索。

2.2 主梁設計

主橋箱梁采用預應力混凝土雙邊箱梁結構，兩個邊箱梁為單箱雙室結構，頂面全寬49m(塔區通過加長懸臂局部加寬至51.2m)，梁高2.99m，梁頂設2%橫坡(非機動車1.5%橫坡由鋪裝調節)。邊箱梁的底板寬10.5m，頂板厚30cm，底板厚32cm，邊腹板厚40cm，中腹板厚100cm;兩個箱梁的中心線距為34.1m。箱梁外側懸臂翼板寬2.2m，懸臂板外端厚20cm，懸臂根部厚45cm。主梁縱向采用的鋼絞線類型為15 -9、15 -12、15 -16。兩個邊箱之間根據斜拉索在梁上的錨固位置設置橫隔梁;橫隔梁在橋面中心線處梁高為2.99m，橫梁標準腹板寬40cm，在邊跨配重段，橫梁寬1.2m。各類橫梁內均布置15 -17 預應力鋼絞線。

為平衡邊跨斜拉索的豎向分力，錨跨梁端部往輔助墩方向45.4m范圍內箱室內用混凝土實體塊進行壓重。

2.3 主塔設計

(1)主塔的設計思路。由于本橋是通往海安縣城主干線上的重要門戶，主橋景觀要求極高，為使行車視野開闊，橋塔挺拔，取消了塔頂橫撐，同時，也因取消了橫撐，對塔的穩定性設計提出了更高的要求。

對于有橫撐的斜拉塔，穩定性計算時采用一端固結一端鉸接的模型被廣泛認可，而對于沒有橫撐的斜拉橋塔，因其有斜拉索的約束，應該采用何種方式進行桿件計算模擬一直存有著爭議。作者分析認為穩定性計算時，斜拉索并不能對塔產生完全約束，歐拉公式，其中的μ 取值應該為2，即按一端固結一端自由的桿件來進行穩定校核較為穩妥，同時，綜合考慮塔內錨固時拉索的張拉空間的需要，由此擬定本橋塔的結構尺寸。

(2)主塔結構設計。南屏大橋主塔采用C50 鋼筋混凝土結構，橋面以上塔高53m，橫橋向兩側塔柱的軸線間距為34.1m。上塔柱采用尺寸為7.5m×3.6m 的空心矩形斷面，下塔柱采用尺寸為7.5m×4m 的實心矩形斷面，塔壁厚度在斜拉索前側為1.5m，側面為1.0m。

塔上拉索錨固點對稱設于箱內壁槽口，為抵抗強大的拉索水平分力，上塔柱錨索區設置了“井”字形預應力，經有限元分析，預應力配置量以控制砼主拉應力不超過規范容許值。

索塔錨固區出現裂縫的主要原因之一是預應力失效，為安全起見，本次設計時采取如下措施:在塔的斷面構造上，加大了四個倒角的尺寸，以減小塔的橫橋向跨徑從而減小錨固點的彎矩。考慮精軋螺紋鋼50%失效的情況下，錨固區部分仍有壓應力儲備。確保主塔混凝土在承受斜拉索荷載時不產生裂縫。

主墩下塔柱采用C50 砼，為普通鋼筋混凝土，為使主墩軸力均勻傳至下部結構，在主墩下部承臺頂面設置混凝土基座，以使主墩內力均勻擴散至承臺。

3 結構分析

3.1 總體靜力分析

采用平面和三維空間梁單元，建立MIDAS 2012 模型，根據施工階段和運營階段，按照各種荷載工況的最不利組合，對主梁進行計算分析。主要的作用和荷載如下:(1)恒載:結構自重、混凝土收縮續編影響力及基礎變位影響力;(2)活載:汽車荷載和人群荷載，同時考慮汽車的沖擊力和制動力;(3)溫度作用:整體升降溫及局部溫差作用:(4)風荷載:考慮橋面高度處為25m/s 的運營風和百年一遇的設計基本風速兩種情況;按照風的方向和橋梁軸線的相對關系，分為順橋向風荷載和橫橋向風荷載;(5)施工荷載:計入模板及臨時安置主塔主梁結構上的施工設備的重量。

按照施工階段和運營階段，對以上作用和荷載進行最不利效應組合，主要有以下。計算結構表明，強度、剛度均滿足相關規范的要求。

3.2 主塔局部應力分析

本橋梁體寬、重，導致拉索索力超常規，設計時采用橋梁博士3.1對塔梁錨固區進行了應力分析。計算結果顯示，運營階段拉索側塔壁有4.8MPa 的壓應力儲備，側壁有0.4MPa 的壓應力儲備，塔結構不會產生裂縫。

3.3 穩定分析

本橋與其他已建成的斜拉橋相比，特點是梁體寬度大，上塔柱不設置橫向聯系，索塔穩定至關重要。全橋整體穩定:經計算在恒載和活載作用下。

4 施工方法

本橋橋下航道尚未整治、河口較窄，故采用滿堂支架法施工，斜拉索張拉順序為從外到內，兩次張拉。滿堂支架施工時主梁縱向需要分段澆筑，受現場條件限制，河中支架采用鋼管樁加貝雷片支撐，預留臨時通航孔;岸上采用擴大基礎的滿堂支架施工方案。為防止梁體在不同支架分界面處產生裂縫，設計時考慮梁體施工段落劃分在不同類型支架的分界面上，以減少支架沉降對梁體的影響。

考慮到本橋較寬，防止在施工階段因不均勻沉降使梁體產生裂縫，設計時考慮每段梁段澆筑完成后當混凝土強度達到設計要求后，即刻張拉該段梁段的橫梁預應力，另外，根據監控計算結果，在濕接縫附近空出1 -2 個橫梁留待下段梁體澆筑完成后一起張拉，以減小張拉預應力后不同節段梁體橫向反拱差的影響。通過以上設計措施，盡可能降低因施工原因造成的梁體損害。

5 結束語

(1)南屏大橋作為預應力砼斜拉橋，橋寬達到49m，在國內已建成的砼梁斜拉橋中并不多見，受力復雜，設計時綜合考慮多方因素，合理選用結構尺寸，通過對其進行空間的受力分析，對預應力混凝土斜拉橋雙邊箱主梁的關鍵部位受力有了進一步的了解，同時也為類似橋梁的設計提供參考。(2)本橋較寬，上塔柱不設橫梁，塔柱穩定計算時應考慮拉索保向力的作用。(3)本橋采用滿堂支架施工，采用支架現澆施工斜拉橋要特別處理好預應力施工的順序、預應力施加的大小、支架剛度、斜拉索張拉次序和張拉值等關鍵工序。

［1］林元培，斜拉橋［M］，北京:人民交通出版社，1997.

［2］牛長彥，龍灣大橋混凝土雙邊箱主梁設計計算，中國市政工程，2013.