高烈度地震區橋型方案比選

王同

（廣東省交通規劃設計研究院股份有限公司,廣東 廣州510507）

橋梁結構

高烈度地震區橋型方案比選

王同

（廣東省交通規劃設計研究院股份有限公司,廣東 廣州510507）

以潮州市外環大橋新建項目為背景,對于類似高烈度地震區、城市景觀性要求高的橋梁從抗震適應性、景觀角度提出了三個橋型方案,并從技術難度及可行性、施工工期、后期養護維修及經濟性等多方面進行綜合比選,最終確定技術可行、經濟合理的方案予以推薦,可為類似橋梁借鑒。

高烈度；景觀；橋型比選

1 概述

城市橋梁既是一種結構構筑物,同時它本身又形成一個環境,它是都市人文景觀的一個組成部分,橋梁景觀效果是橋梁建設的主要考慮因素。同時在地震烈度較高的地區,地震的結構反應往往成為控制設計的因素。在橋型方案確定時,對結構的總體構思、結構體系、基礎形式等方案構思必須考慮它的抗震性能,有利于抗震的體系方案,容易獲得較好的結構抗震性能。反之,選擇對抗震不利的體系方案,為了滿足地震荷載的承載能力,需要付出一定的經濟代價。但對于橋梁跨徑不大時,付出一定的經濟代價卻可以獲得良好的景觀效果,對于景觀性要求較高的城市橋梁可進行綜合比選考慮[1-6]。

2 項目情況

2.1 項目概述

外環大橋位于潮州市北部湘橋區,橫跨韓江,是連接韓江兩岸的又一重要通道。橋址處韓江河道總寬約0.55 km,河谷斷面呈U字型,以沉積作用為主。項目屬于南亞熱帶季節風氣候。主要技術標準:一級公路兼城市道路,設計行車速度60 km/h；公路-Ⅰ級、城-A級設計荷載；設計洪水頻率P= 1/300；規劃內河Ⅲ級通航標準；地震動峰值加速度0.15 g；場地類別為Ⅱ類。

2.2 項目特點

根據潮州市城市總體規劃及城市交通規劃城區路網規劃,本橋跨越韓江處橋位唯一。為滿足通航及防洪要求,主橋確定采用150 m跨徑。橋型方案確定時需考慮以下方面:

（1）橋梁抗震設防烈度為7度,設計基本動加速度值為0.15 g,需重視橋梁抗震設計；

（2）潮州作為國家歷史文化名城,是潮州文化的重要發源地,同時是粵東地區文化中心,主橋宜適度注重景觀設計,著力打造為符合美學要素同時具有地域文化氣息的濱水建筑。

（3）本項目面臨工期壓力大的特點,橋型方案要著重從節約投資、縮短工期、提高施工期安全度考慮。

結合以上項目特點,推薦了以下三種橋型方案進行綜合比選。

3 橋型方案比選

3.1 方案簡介

3.1.1 預應力混凝土連續箱梁

方案一主橋總體布置為90 m+150 m+90 m,主橋總長330 m,采用預應力混凝土連續箱梁,見圖1。

圖1 方案一橋型布置立面（單位:cm）

（1）結構體系

梁橋常用的結構形式主要有連續箱梁或連續剛構。連續剛構采用墩梁固結體系,橋墩可以分配墩頂一部分彎矩,提高了豎向剛度,減小了主跨墩頂及跨中內力,省去了主墩處支座,避免大噸位支座的養護和更換,省去后期養護費用。但對于類似本項目的高烈度地震區,上部結構重量大,下部結構地震響應大,需采用較大的下部尺寸及配筋來抵抗地震效應,經濟性較差。而連續箱梁體系可以通過設置減隔震措施大大降低下部結構地震力,減小下部結構尺寸及配筋,具有良好的經濟效益。

（2）上部結構

單幅箱梁尺寸:頂板寬16.75 m,底板寬8.75 m；梁高:根部9 m,高跨比為1/16.67；跨中3.5 m,高跨比為1/42.86；腹板厚度:0.50～0.705～0.90 m；縱向預應力:頂板束采用15-22和15-19,頂板直接錨固和下彎相結合,以克服主拉應力；腹板束采用15-22；邊跨底板合龍束采用15-22；中跨底板合龍束采用15-25。橫向預應力束:采用15-3,單端交錯張拉。

（3）下部結構

主墩采用整體基礎,分幅墩身；橋墩采用空心薄壁墩,墩身截面尺寸8.75 m×3.5 m；采用群樁基礎,樁基采用鉆孔灌注樁。承臺采用矩形倒圓角,外輪廓尺寸為11.8 m×43.0 m,承臺厚5.0 m。整幅式承臺下設12根直徑D250 cm鉆孔灌注樁。

過渡墩采用分離基礎、分離墩身的結構形式,過渡墩采用截面尺寸為9.25 m×2.5 m的實心墩。采用群樁基礎,樁基采用鉆孔灌注樁。承臺采用矩形倒圓角,外輪廓尺寸為7.5 m×14.0 m,承臺厚3 m。單幅橋承臺下設6根直徑D180 cm鉆孔灌注樁。

減隔震體系縱向采用粘滯阻尼器+抗震球型鋼支座的減隔震措施,橫橋向采用彈塑性鋼阻尼+抗震球型鋼支座,縱橫向正交分離。

3.1.2 波形鋼腹板預應力混凝土連續剛構

方案二主橋總體布置為90 m+150 m+90 m,主橋總長330 m,采用波形鋼腹板預應力混凝土連續剛構,見圖2。

圖2 方案二橋型布置立面（單位:cm）

（1）上部結構

上部結構主梁采用波形鋼腹板預應力混凝土主梁。

單幅箱梁尺寸:頂板寬16.75 m,底板寬8.75 m；梁高:根部9 m,高跨比為1/16.67；跨中3.75 m,高跨比為1/40；除端橫梁及根部墩上0號和1～3號塊腹板分別為混凝土腹板及鋼－混凝土組合腹板外,其余均為波形鋼腹板,波形鋼腹板鋼材為Q345qc,鋼板厚12～25 mm,采用1 600 mm長波腹板。跨中設置5道橫隔板。

波形鋼腹板PC箱梁縱向預應力鋼束分兩種:體內束和體外束。體內束設置同通常的預應力混凝土連續梁,主要用于承擔一期恒載及施工時的臨時荷載,而體外束的作用則用于承擔二期恒載及運營階段的活載。縱向體內預應力:頂板束采用15-22,中跨底板合龍束采用15-22和15-19；邊、中跨頂板合龍束采用15-12；邊跨頂板合龍束采用15-19。縱向體外預應力:采用TSK15-22環氧噴涂無粘結成品索錨具采用可調可換式體外束專用夾片式錨具。橫向預應力束:采用15-4,單端交錯張拉。

波形鋼腹板與混凝土頂板的連接采用波形鋼腹板頂端焊有翼緣板與穿孔板的Twin-PBL鍵連接方式,與底板的連接則采用S-PBL與栓釘連接方式；波形鋼腹板與橫隔板采用開孔鋼板剪力鍵連接；波形鋼腹板之間采用重疊貼角焊接形式。

（2）下部結構

主墩采用整體基礎,分幅墩身；橋墩采用雙肢薄壁墩,墩身截面尺寸8.75 m×2.2 m；采用群樁基礎,樁基采用鉆孔灌注樁。承臺采用矩形倒圓角,外輪廓尺寸為11.8 m×43.0 m,承臺厚5.0 m。整幅式承臺下設12根直徑D250 cm鉆孔灌注樁。

過渡墩采用分離基礎、分離墩身的結構形式,過渡墩采用截面尺寸為9.25 m×2.0 m的實心墩。采用群樁基礎,樁基采用鉆孔灌注樁。承臺采用矩形倒圓角,外輪廓尺寸為7.5 m×14.0 m,承臺厚3 m。單幅橋承臺下設6根直徑D180 cm鉆孔灌注樁。

3.1.3 雙塔雙索面斜拉橋

主橋總體布置為75 m+150 m+75 m,主橋總長300 m,主橋為雙塔雙索面鋼-混凝土組合梁斜拉橋,見圖3。

圖3 方案三橋型布置立面（單位:cm）

（1）結構支承體系

本橋采用墩塔梁固結的剛構體系,過渡墩設減隔震支座。

（2）主梁

主梁采用雙工字型鋼主梁,主梁間距為29.5 m。工字鋼主梁跨中高2.24 m,墩頂22.5 m范圍內由2.24 m加高至3.24 m。橫隔梁采用工字型截面并與橋面板連接,全橋間距為3 m,以減小橋面板受力及滿足全橋抗扭剛度要求,并在橫梁中部設置了全橋通長的小縱梁。混凝土橋面板設計采用分塊預制吊裝、板間設現澆縫的方式,混凝土板厚為26 cm,采用C55混凝土。

（3）拉索

本方案拉索采用標準強度1 770 MPa鍍鋅平行鋼絲拉索,空間呈豎琴形布置,每索面5根；鋼主梁梁上索距12 m,塔上索距2×5.6 m+2×6 m。拉索錨固方式在索塔上采用環向預應力錨固,在主梁上采用錨拉板錨固。斜拉索布置在主梁兩側,主梁標準索距12 m。

（4）主塔及下部結構

主橋推薦采用H形塔身。主梁以上塔高約33.5 m,采用5～7.4 m單箱單室變截面,采用C50混凝土。主梁以下塔高約30 m,采用2.0 m雙肢薄壁,肢間距為5.4 m。

主橋下部結構樁基礎采用8根直徑2.5～3.0 m的變截面鉆孔灌注樁。主墩承臺為鋼筋混凝土結構,單個承臺順橋向尺寸10.5 m,橫橋向尺寸11.1 m,厚度6 m,中間設橫系梁連接,采用C40混凝土。

3.2 方案比選

方案比選見表1。

綜合分析以上比較情況,方案一在抗震性能、施工工藝成熟度、造價用等方面具有較明顯的優勢,但后期存在更換支座,養護費用較高,景觀性稍差的缺點；方案二在景觀效果及工期上有一定的優勢,但后期養護維修費用較高,類似橋型國內實施不多,技術成熟度相對較低；方案三具有景觀效果突出、施工工期較短的明顯優勢,但造價相對較高,但本項目對景觀要求高,推薦采用方案三。

4 結論

本文以潮州市外環大橋新建項目為背景,對于類似高烈度地震區、城市景觀性要求高的橋梁從抗震適應性、景觀角度提出了三個橋型方案,并從技術難度及可行性、施工工期、后期養護維修及經濟性等多方面進行綜合比選,最終確定技術可行、經濟合理的方案予以推薦,可為類似橋梁借鑒。

[1]項海帆,等.橋梁概念設計[M].北京:人民交通出版社,2011.

[2]鞏雯.高烈度地震區連續梁橋減隔震設計初步分析研究[D].重慶:重慶交通大學,2009.

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[6]嚴國敏.現代斜拉橋[M].四川成都:西南交通大學出版社,1996.

U442.5+5

B

1009-7716（2017）07-0053-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.016

2017-04-07

王同（1987-）,男,四川渠縣人,工程師,從事橋梁設計工作。