90+90 m預應力混凝土獨塔斜拉橋設計與分析

曾紅丁

摘 要：斜拉橋屬于塔、梁、拉索組成的超靜定結構。獨塔斜拉橋通常采用塔梁固結體系，本文以實際項目為背景，介紹了該項目預應力獨塔斜拉橋基本構造，并采用有限建模，分析各荷載工況下主梁、索塔及拉索應力強度情況，為類似項目提供參與。

關鍵詞：斜拉橋;獨塔;預應力混凝土;結構設計

中圖分類號：U448 文獻標識碼：A

0 引言

斜拉橋因為其高聳的索塔，容易成為一個地區標志性建筑。獨塔斜拉橋不僅具有斜拉橋跨越能力大，造型美觀優點，同時造價一般比雙塔斜拉橋略低。當跨越河流時需要懸臂澆筑施工時，獨塔斜拉橋往往采用墩塔梁固結體系。對于預應力混凝土主梁獨塔斜拉，因為成橋后砼收縮徐變，往往需要二次調索才能達到較為理想的受力狀態。本文用實際項目，介紹了寬幅預應力混土獨塔斜拉橋設計，可為類似項目提供參考。

1 工程概況

本項目位于惠州市，項目路線全長610 m，其中橋梁長580 m;主橋長180 m（采用90+90 m預應砼獨塔斜拉橋），橋面總寬41.5 m;引橋長400 m，其中西引橋長220 m（2*35 m+5*30 m），東引橋長180 m（6*30 m），采用一級公路兼城市主干道，雙向6車道，設計時速60 km/h。

2 結構設計

主橋為跨徑90+90=180 m獨塔雙索面混凝土主梁斜拉橋，塔、梁、墩固結體系，跨越西林河。索塔采用“H”型索塔，平行直立塔柱;主梁采用混凝土雙主肋主梁（∏形截面）;斜拉索采用280鋼鉸線拉索，空間扇形雙索面。主橋標準橫斷面布置為：5.25（人+非）+2.25（錨索區）+0.5（護墻）+12.25（車行道）+1.0（隔離）+12.25（車行道）+0.5（護墻）+2.25（錨索區）+5.25（人+非）=41.5 m。主橋采用前支點掛籃施工。

主梁采用C55混凝土，標準斷面采用預應力混凝土雙主肋（∏形截面）+縱向加勁肋斷面，主梁標準斷面寬度41.5 m，兩側挑臂設15 cm后澆帶，主梁頂面設置2.0%雙向橫坡。由于本橋橋面寬度較大，剪力滯效應明顯，為了減少頂板剪力滯效應，縱向設兩道小縱梁，高約1 m，寬0.5 m 。

索塔采用C50混凝土，塔、墩、梁固定結體系，橫向為“H”形索塔，索塔總高度為75.27 m（含塔頂裝飾），橋面以上索塔高度52.2 m，塔柱中心間距為29 m。下塔柱（墩）：橋面以下部分，高17.820 m，采用實心矩形截面，順橋向寬度為6.0 m，橫向寬度3.5 m～4.5 m。

斜拉索采用280高強度環氧涂層鋼絞線索，標準強度fpk=1 860 MPa，采用拉索群錨錨固體系。拉索在S1～S2號索采用34-φs15.2、在S3～S6號索采用55-φs15.2，在S7～S10號索采用61-φs15.2，在S11～S12號索采用73-φs15.2，在S13號索采用85-φs15.2。

3 結構分析

本項目采用有限元分析軟件midas civil 2020及midas Civil Designer程序進行計算分析。按照主橋梁部的實際構造進行結構離散，共

劃分單元821個、741個節點，其中主梁136個單元，斜拉索52個單元，橋塔87個單元，承臺10個單元，樁基456個單元，斜拉索與主梁之間采用彈性連接中的剛性連接。結構計算圖式見圖1。計算荷載包括成橋狀態下恒載、車道荷載、人群荷載、預應力、風荷載、砼收縮徐變、基礎沉降、主梁索塔梯度溫度、整體升降溫、拉索升降溫等，并按規范進行組合驗算其受力情況。

3.1 主梁驗算

承載力極限狀態基本組合組合下，主橋最大彎矩值109 730 kN·m，塔梁固結處最小彎矩值-140 985 kN·m，塔梁固結處支點處最大剪力值24 519.7 kN;主塔根部處梁部最大軸力值-153 475 kN，最小軸力值-11 637.9 kN。圖2、圖3均滿足規范要求。

正常組合極限狀態頻遇組合下，底緣σst-0.85σpc≤0 MPa（拉應力），圖4至圖5，滿足規范要求。

3.2 撓度驗算

按《橋規》第6.5.3條規定，鋼筋混凝土和預應力混凝土受彎構件計算的長期撓度值，由汽車荷載（不計沖擊系數）和人群荷載頻遇組合在梁式橋主梁產生的最大撓度不應超過計算跨徑的1/600。

按照《橋規》第6.5.3條驗算：26號節點汽車荷載（不計沖擊系數）和人群荷載頻遇組合最大撓度設計值fd=38.987 mm≤最大撓度允許值fn=148.334 mm，滿足規范要求;

按照《橋規》第6.5.3條驗算：100號節點汽車荷載（不計沖擊系數）和人群荷載頻遇組合最大撓度設計值fd=39.002 mm≤最大撓度允許值fn=148.334 mm，滿足規范要求。

3.3 主塔靜力計算

主塔計算控制截面采用1-1塔根截面、2-2上塔柱最下端空心截面、3-3上塔柱配筋變化截面。分別取最不利工況，最大彎矩、最大軸力并發內力進行計算，各截面內力如表1。經計算承載力和裂縫均滿足規范要求。

4 結論

（1）本文對90+90 m預應力砼獨塔斜拉橋設計作了介紹，并對結構進行了靜力分析，主梁在頻遇組合下保持受壓狀態，主塔在最不利荷載下處小偏心受壓，均滿足規范要求，并有較大的安全儲備。

（2）本橋橋面寬度較大，剪力滯效應明顯，通過設置縱向兩道小縱梁，可以大幅度減少剪力滯效應。

（3）預應力混凝土主梁獨塔斜拉，因為成橋后砼收縮徐變，往往需要二次調索，且第二次調索幅度不宜過大，這需要經過多次試算，才能達到較為滿意結果。

參考文獻：

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