江門水道大橋設計方案比選

代宇勇

（廣州特希達科技有限公司，廣東廣州510220）

江門水道大橋設計方案比選

代宇勇

（廣州特希達科技有限公司，廣東廣州510220）

江門水道大橋主橋跨徑組合為（52.5+80+77.5+80+52.5）m，設計階段采用剛構-連續體系、連續體系、鋼構體系進行對比分析。現主要介紹設計方案比選、主要計算成果、結構設計特點等。

剛構-連續體系；連續體系；鋼構體系；橋梁設計

0 引言

預應力混凝土連續梁橋在近三十年得到了廣泛的應用，連續梁橋的結構體系主要有：連續體系、剛構體系、剛構-連續體系等。

連續體系為上部結構與下部結構采用支座連接；連續剛構體系為墩梁固結，利用高墩柔度適應預應力、混凝土收縮徐變、溫度應力等引起的位移；剛構-連續體系為前兩者的組合體系，通常在數個中墩采用墩梁固結，其它中墩采用支座連接形式。[1]

三種結構體系在現實橋梁設計中都得到了廣泛的應用，結合三種體系的受力特點，根據江門水道大橋實際的上下部結構特殊性，比選得出橋梁最佳結構類型。

1 主橋跨徑布置的控制因素及選擇

1.1 橋位現狀

新建江門水道大橋擬在緊鄰大洞大橋（現有橋梁）下游跨越江門水道建設。江門水道屬于內河三級航道，橋址處水面寬約285 m，橋位屬珠江三角洲沖淤積平原地貌，地勢平坦，處河道順直，河床穩定，屬常年通航河流。

1.2 附近現狀橋梁調查

現有大洞大橋緊鄰擬建橋梁，大洞大橋1990年8月建成通車，后又對其半幅擴建，現為雙幅四車道雙向行車，舊橋主橋跨徑為（52.5+80+52.5）m連續箱梁；擴建半幅主橋跨徑為（52.5+80+52.5）m連續剛構箱梁；主橋下部為空心薄壁墩，引橋為雙柱式橋墩，鉆孔灌注樁基礎。現有橋梁為單孔雙向通航。

1.3 通航

根據航道局通航論證意見：該河段規劃為內河Ⅲ級航道，同意采用主橋跨徑組合為（52.5+80+77.5+80+52.5）m方案，兩通航孔跨徑分別為80 m和77.5 m凈高10 m，其尺寸滿足橋位河段內河Ⅲ級航道的通航要求。

2 橋梁跨徑及橋型方案的總體構思

2.1 主橋橋式方案設計原則

根據江門水道大橋水文、地質及通航條件，主橋橋式方案在滿足通航要求的前提下，重點突出結構的安全性、經濟性、實用性，主要做到以下幾點：

（1）滿足內河Ⅲ級航道通航尺度；

（2）橋墩盡量與現有大洞大橋對齊，減少堵水面積；

（3）結構形式盡量與現有大洞大橋統一，以保證整體美觀性；

（4）結構受力特點。

結合橋位建設條件，考慮功能、造價、景觀、線路與水道的相對位置關系、橋位處的現狀情況，同時考慮通航安全、遠期舊橋改造及結構受力特點，經綜合分析，針對主橋提出三種橋型方案進行比選：方案一：剛構-連續體系；方案二：連續體系；方案三：剛構體系。

2.2 方案介紹

2.2.1 方案一：主橋（52.5+80+77.5+80+52.5）m剛構-連續體系方案

主橋采用預應力混凝土連續鋼構箱梁。主跨80 m、77.5 m，邊跨52.5 m。邊中跨比約為0.67。

主梁為預應力混凝土結構，主梁截面形式為變高度、直腹板單箱雙室截面。主梁頂板寬19.3 m，兩側懸臂翼緣板寬3.5 m。

主梁高度：主墩頂4.8 m，高跨比1/16.7；跨中2.4 m，高跨比1/33.3；梁高采用2次拋物線變化。主橋箱梁采用三向預應力體系。

主墩及邊墩均采用薄壁墩，墩高約為11 m。中墩墩身截面縱橋向寬度為2 m，橫橋向與箱梁底同寬為12.3 m；邊墩墩身截面縱橋向寬度為1.8 m，橫橋向寬度為11.3 m，墩頂設蓋梁。

中跨中墩墩梁固結，中跨邊墩設置J Z Q Z-30000支座。

主墩基礎采用8根直徑1.8 m的鉆孔灌注樁，承臺高度3.0 m；邊墩基礎采用6根1.6 m的鉆孔灌注樁，承臺高度2.5 m。

該方案樁基采用常規鉆孔灌注樁施工方法，主墩承臺可采用鋼板樁圍堰法施工，主梁采用掛籃現澆施工。

2.2.2 方案二：主橋（52.5+80+77.5+80+52.5）m連續體系方案

主橋采用預應力混凝土連續箱梁。主梁梁高、頂底板厚度、梁段劃分等其它參數均與剛構-連續體系相同。中墩設置J Z Q Z-30000支座，中跨中墩設置固定支座，其余橋墩設置單向支座。

2.2.3 方案三：主橋（52.5+80+77.5+80+52.5）m連續鋼構體系方案

主橋采用預應力混凝土連續鋼構。主梁梁高、頂底板厚度、梁段劃分等其它參數均與剛構-連續體系相同。中跨采用墩梁固結。

3 主橋結構計算及方案比選

3.1 主橋縱向計算

該橋縱向分析采用平面桿系程序”橋梁博士”計算程序。

3.1.1 主要計算參數

（1）恒載：一期恒載為主梁。橫隔板、齒塊作為外部荷載考慮，不參與結構受力。二期恒載為橋面防撞欄、橋面鋪裝等。

（2）活載：公路—Ⅰ級，五車道；偏載系數取值1.15。橫向分布系數汽車5×0.6×1.15=3.45。

（3）施工環境：年平均相對濕度取RH=80%。

（4）溫度模式

均勻溫差：升溫取+20℃，降溫取-20℃。

梯度溫度：按照通用規范取值。

合龍溫度：以15℃～25℃考慮。

（5）基礎不均勻沉降

考慮到樁基礎為嵌巖樁，雖然施工中樁基底會有沉淀土厚度，但在懸澆過程中結構恒載作用下的沉降已基本完成，因此，在計算中，邊墩取值-1 c m，主墩取值-2 c m。

（6）施工順序

366 Retrospective analysis on influencing factors of intraoperative indexes of robot-assisted laparoscopic radical prostatectomy

該橋下部結構為群樁基礎，采用鉆孔施工；上部結構采用懸臂澆注法4個T同時施工，先合龍兩個邊跨，后合龍中跨。邊跨合龍段采用設置臨時墩合龍；中跨合龍段采用合龍吊架施工。

（7）構件設計

采用預應力混凝土全預應力構件設計、為現澆施工。

3.1.2 計算結論

經計算分析剛構-連續體系比其它兩種體系主梁彎矩要小，跨中彎矩連續體系最大，支點彎矩剛構體系要大。

3.2 下部結構計算

采用M ID AS/ci v i l2012進行計算，結合施工方案及其構造特征進行結構離散。樁土效應采用m法進行計算，換算成節點彈性支撐進行模擬。

3.2.1 施工階段劃分

共劃分有31個施工階段和1個使用階段。具體施工段劃分見表1所列。

表1 主要施工階段表

3.2.2 主要計算參數

設計參數按照《公路橋涵設計通用規范》(J T G D60-2004)的有關規定取值，取值與上部結構相同，在計算中計入了沖擊力、風荷載、制動力。結構離散圖見圖1所示。

圖1 計算結構離散圖

3.3 主要計算結論

3.3.1 橋墩承載能力驗算對比

從m id a s模型中提取樁基內力進行分析計算對比，對中墩橋墩的墩頂和墩底截面按偏壓構件進行順橋向和橫橋向承載能力驗算。計算結果見表2～表5所列。

表2 墩頂截面及橫橋向內力信息表

表3 墩底截面及橫橋向內力信息表

表4 墩頂截面及縱橋向內力信息表

表5 墩底截面及縱橋向內力信息表

通過橋墩內力驗算對比，連續鋼構體系彎矩較大，橋墩配筋較多，雙排32鋼筋間距10 c m裂縫寬度接近限值。連續鋼構體系方案不經濟,在下部結構抗震分析中不再對此方案進行對比分析。

3.3.2 樁基承載能力驗算對比

從m id a s模型中提取樁基內力進行分析計算對比，計算結果見表6所列。

表6 樁基內力信息表

樁基承載力均滿足要求，連續鋼構體系樁基彎矩最大，配筋最大。

3.4 下部結構抗震分析對比

3.4.1 抗震分析建模要點

根據《工程場地地震安全性評價報告》及《公路橋梁抗震設計細則》（J T G/T B02-01-2008），該橋抗震設防類別為B類。設防目標：E1地震作用下，一般不受損壞或不需修復可繼續使用；E2地震作用下，應保證不致倒塌或產生嚴重結構損傷，經臨時加固后可維持應急交通使用。

橋址所在抗震設防烈度為7級，建筑場地類型為Ⅲ級，該橋E1、E2作用均采用SM/MM分析計算方法。

抗震分析采用多振型反應譜法，水平設計加速度反應譜S由下式確定：

建模要點：根據規范建立全橋空間動力計算模型，采用M ID AS/ci v i l 2012軟件進行計算分析，對結構模型進行加速度反應譜分析計算，模態組合采用S R SS法。全橋考慮土-下部結構-上部結構的共同協同工作抵抗縱、橫橋向地震作用。真實模擬樁基礎，利用土彈簧模擬樁-土相互作用。

3.4.2 E2地震作用橋墩截面塑性判斷

剛構-連續體系：結合截面彎矩曲率分析曲線，固定墩橋墩順橋向及橫橋向E2作用下彎矩均小于屈服彎矩，均處于彈性狀態。連續體系：截面彎矩曲率分析曲線，中墩橋墩橫橋向E2作用下彎矩小于屈服彎矩，均處于彈性狀態，橋墩順橋向E2作用下彎矩大于屈服彎矩，小于極限屈服彎矩，橋墩處于塑性狀態。

連續體系中墩設單個固定支座，順橋向固定支座橋墩抵抗地震作用，在E2地震作用下，其處于塑性狀態。剛構-連續體系中墩兩個橋墩固結，兩個橋墩抵抗順橋向地震作用，在E2地震作用下，其處于彈性狀態。故剛構-連續體系作為該橋梁主橋的推薦方案。

3.4.3 抗震分析計算結果（剛構-連續體系）

（1）E1作用下對下部結構進行橫橋向、順橋向承載能力極限狀態計算對比分析按照最小配筋率均滿足承載力要求。

（2）E2作用下承載能力極限狀態計算結果見表7所列。

表7 E2作用下承載能力極限狀態計算結果表

（3）變形驗算

結合截面彎矩曲率分析曲線，根據《公路橋梁抗震設計細則》7.4條及附錄B圓形及矩形截面屈服曲率和極限曲率計算，單柱墩允許位移按下式計算：

截面的等效屈服曲率φy=0.004 878（1/m）。

最大允許轉角θu=0.378 04。

橋墩允許位移Δu=25.22 c m。

E2地震作用下，2000 a重現期縱向最大位移為15.4 c m。

變位驗算滿足設計規范要求。

（4）支座驗算

E2地震作用下：縱橋向：500 a重現期支座水平最大位置為2.4 c m，2 000 a重現期支座水平最大位置為10.0 c m；橫橋向：500 a重現期支座水平最大位置為0.9 c m，2 000 a重現期支座水平最大位置為3.0 c m。

邊墩及中邊墩支座縱橫向位移量滿足要求。

E2地震作用效益和永久作用效益組合的支座水平力設計值滿足支座水平力要求。

4 結語

通過結構計算選定鋼構-連續體系是該橋梁主橋的最合理、最經濟的方案。

在設計中，設計人員應結合橋址水文條件、施工條件、墩柱高度等選擇合理、經濟的結構體系。

[1]王文濤.剛構-連續組合梁橋[M].北京:人民交通出版社，1997.

U442.5

B

1009-7716（2017）06-0110-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.032

2017-03-01

代宇勇（1980-），男，河南鄭州人，工程師，從事橋梁工程設計工作。