主跨150m矮塔斜拉橋設計要點分析

王金磊

（安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司；公路交通節能環保技術交通運輸行業研發中心，安徽 合肥 230088）

1 工程概況

文山路橋位于江淮溝通段航道上，原橋處老橋跨徑布置為5×20m預制空心板橋，斜交45。，橋面全寬30m。橋下通航凈寬和凈高均不滿足通航要求，需對老橋進行拆除重建。橋位屬于江淮丘陵地形，起伏多變，崗沖相間且呈條帶狀分布，落差較大。橋位位于江淮之間，年平均氣溫在15℃～16℃之間，極端最低氣溫－20.6℃，極端最高氣溫38℃以上[1]。

2 技術標準

道路等級：城市次干道；汽車荷載：城-A級；設計行車速度：40km/h；橋位處地震動峰值加速度為0.10g；通航條件：航道規劃等級為Ⅱ級，通航凈寬115.3m,凈高10.0m,最高通航水位12.19m（20年一遇），最低通航水位5.80m（98%保證率）；設計洪水頻率：1/100。

3 主橋總體方案設計

3.1 縱向布置

文山路橋全長695.2m(含橋臺)，主要控制點為引江濟淮河道。主橋采用（90+150+90）m預應力混凝土矮塔斜拉橋，全長330m，主橋整幅布置，全寬為35.0m；引橋采用30m預應力混凝土現澆箱梁，分幅布置，單幅橋寬16.5m。

3.2 橫斷面布置

本橋主梁為預應力混凝土整體式箱梁，箱梁在主塔處高度6.0m，跨中合攏段處高度3.0m，橋面橫坡2％由箱梁腹板變高形成。箱梁寬度為35m，兩側懸臂均為7m， 箱梁頂板厚28cm， 箱梁底板厚度32～100cm，箱梁梁高和底板厚度均按照二次拋物線變化。

拉索區標準橫隔板每350cm布置1 道，主梁從第6#節段開始每隔一個節段設置1 道斜拉索。標準橫隔梁中室處厚度為50cm，邊室處厚度為30cm。拉索錨固點距離頂板距離為120cm。

3.3 索塔設計

主塔采用獨柱“人”字形分支塔，布置在中央分割帶上，塔高33m，塔頂6m為塔尖裝飾段；塔身設置鞍座以便拉索順利通過，主塔橫橋向寬度為2.5m，主塔由塔尖下斷面向下15m采用變截面設計，截面尺寸為2.5×3.5m～2.5×6.5m，下塔柱采用分支設計，分支斷面尺寸為2.5×2.2m。

3.4 斜拉索設計

全橋斜拉索共14對，最長索約143.2m，最短索約59.9m，單根重3.6t～11.7t，均采用成品索。斜拉索為單索面，全橋共橫橋向雙排布置，梁上索距7.0m，塔上索距1.5m，拉索采用55根鍍鋅鋼絞線組成。

3.5 下部結構設計

主墩采用門式實體橋墩，橫橋向墩寬18m，順橋向墩頂寬9m，向下過渡至5.5m，主墩高13m；墩下為承臺接群樁基礎，承臺為整體式，長23.2m，寬18.2m，厚5.0m；承臺下為20根直徑2.0m樁基礎。

圖1 主橋橋型布置圖（單位：cm）

4 主橋結構計算分析

4.1 計算參數

主梁混凝土：C55混凝土 fck=35.5MPa，ftk=2.74MPa，Ec=3.55×104 MPa；主塔C50混凝土fck=32.4MPa，ftk=2.65MPa，Ec=3.45×104MPa；橋面鋪裝為8cm厚C40防水混凝土+10cm瀝青混凝土。

普通鋼筋：HPB300 鋼筋 fsk=300MPa，Es=2.1×105MPa,HRB400 鋼筋 fsk=400MPa，Es=2.1×105MPa。

4.2 計算荷載

①一期恒載：包括主梁、橋塔自重，按實際斷面計算，橫梁按集中荷載計算。

②二期恒載包括橋面鋪裝、防撞鋼護欄、人行道板等。

③支座沉降：主墩基礎取0.02m，過渡墩基礎取0.01m計算。

④汽車荷載及其汽車沖擊力

汽車荷載：城-A級。

⑤人群荷載

人群荷載標準值參照文獻[3]4.3.5條取值；

⑥汽車制動力

參考文獻[3]計算。

⑦溫度荷載

溫度荷載：體系升溫25℃，體系降溫-25℃，按10cm瀝青鋪裝考慮，主梁溫差采用非線性梯度溫度14℃、5.5℃、0℃，同時按規范計入溫度負效應；橋塔、斜拉索采用±10℃。

4.3 計算模型

對左側主墩處設置固定支座，其余墩頂設置豎向約束，縱向活動，橫向約束。

4.4 主梁縱向計算結果分析

4.4.1 主梁正常使用狀態下結果分析

預應力混凝土主梁的驗算應滿足文獻[2]的要求。

①持久狀態正常使用極限狀態下正截面最小正應力驗算

主梁最小正應力為1.1MPa，位于邊跨頂緣位置處，主梁全截面受壓；

②持久狀態正常使用極限狀態下正截面最大正應力驗算

主梁正截面最大壓應力值為16.7MPa，小于0.5fck=17.75MPa。

③持久狀態正常使用極限狀態箱梁斜截面抗裂驗算

主梁在正常使用極限狀態下最大主拉應力：最大主拉應力為-0.8MPa，位于橋墩底部附近，滿足規范小于0.4ftk（1.096MPa），抗裂驗算滿足要求。

鄂麥398為半冬性品種，鄂北地區在10月中下旬播種，鄂東南、江漢平原麥區在10月下旬至11月初播種，不宜太晚。

④持久狀態正常使用極限狀態箱梁斜截面最大主壓應力驗算

主梁正截面最大壓應力值為16.7MPa，小于0.6fck=21.3MPa，主梁截面斜截面最大壓應力滿足要求。

4.4.2 主梁承載能力狀態驗算

上部結構各控制截面持久承載能力極限狀態均滿足規范要求。

4.4.3 主梁正常使用極限狀態撓度分析

參考文獻[2]關于梁橋撓度的相關規定，主梁最大擾度處不應超過跨徑的1/600。

根據計算結果，在活載作用下，主縱梁最大負撓度值為-58mm，正撓度為25mm，位移差值為83mm，滿足規范要求。

4.4.4 主塔正常使用狀態下結果分析

鋼筋混凝土索塔的驗算應滿足文獻[2]的要求，作用短期效應組合（組合最大壓應力采用標準組合即組合III）的應力：

索塔在運營階段短期效應組合下全截面受壓，最大壓應力為10.4MPa，應力狀況良好。塔頂最大撓度為3.8cm，撓度較小。

4.4.5 斜拉索正常使用狀態下結果分析

最外側斜拉索在正常使用階段的應力最大，最大拉應力值為836MPa，小于0.5fpk=990MPa，對應拉索安全系數為2.22，滿足文獻[4]要求，拉索最大應力幅為46MPa，應力幅小于100MPa。

5 結語

本文對文山路主橋（90+150+90）矮塔斜拉橋，對其結構方案進行了介紹，并利用橋梁博士軟件進行了有限元分析，結果表明各項指標均滿足規范要求，其造型方案、構造措施、計算分析方案為同類橋梁提供參考依據。