熊 濤，裴必達，龍俊賢

（1.中鐵二院武漢勘察設計研究院有限責任公司，武漢 430071；2.湖南大學土木工程學院，長沙 410082）

武漢大道金橋主橋的設計

熊 濤1，裴必達2，龍俊賢1

（1.中鐵二院武漢勘察設計研究院有限責任公司，武漢 430071；2.湖南大學土木工程學院，長沙 410082）

為探索跨鐵路站場大型變寬斜拉橋的結構特點及其關健技術，對武漢大道金橋的設計和計算分析過程進行了總結。金橋為獨塔雙索面預應力混凝土斜拉橋，跨徑組合為（138＋81＋41）m，橋面寬39～49.9m，塔、墩、梁固結體系；主梁采用雙邊箱梁截面，橋塔為混凝土結構、高79.0m，斜拉索采用扇形空間索面布置。結構分析采用有限元軟件MIDAS進行總體受力分析，并采用ANSYS對橋塔錨索區(qū)頂部三個節(jié)段進行局部受力性能分析和優(yōu)化，通過試驗及計算對該橋的抗震及抗風性能開展了專題研究。結果表明該橋的強度、剛度等各項檢算值均滿足規(guī)范要求。

橋梁工程； 跨線橋； 主干道； 變寬； 斜拉橋

作為紀念辛亥革命100周年的重點配套工程，武漢大道是漢口地區(qū)南北方向重要的城市快速通道，是聯(lián)系武漢市一環(huán)線、二環(huán)線、三環(huán)線的放射線和快速出城通道。黃浦大街－金橋大道工程是武漢大道工程的重要組成部分，由黃浦大街和金橋大道組成，起于黃浦路立交落地點，止于三金潭立交，全長約6.0km。金橋是整個大道改造工程中的一個控制點。該工程在京廣線K1189＋135處上跨京廣鐵路，交叉處現(xiàn)有金橋大道是以8m＋10m＋10m＋8m框架橋形式下穿京廣鐵路，中間兩孔為機動車道，兩側兩孔為非機動車道和人行道。京廣鐵路下穿地下通道沿高架橋縱向長為110m。該工程需跨鐵路站場，站場內(nèi)鐵路包括京廣鐵路、合武高鐵、漢孝城際等13股道電氣化鐵路。橋位處地形、地貌非常復雜，附近既有建筑多；同時橋位還緊鄰武漢城內(nèi)最大立交——竹葉山立交，為與竹葉山立交銜接，橋面寬度需做成變寬橋面且橋面設計高程受到了制約。由于橋下鐵路、公路交通不能中斷，橋梁設計受限制條件多，設計、施工均非常復雜。

1 橋梁方案比選

1.1 選型原則

基于橋梁設計的安全、適用、經(jīng)濟、美觀、耐久等基本原則，結合橋位的實際情況及關鍵控制因素對橋型做出合理的選擇。該工程的關鍵控制因素主要有3個：其一是需要一跨跨過一百多米寬的鐵路站場，這就需要選擇跨越能力較大的橋型；其二是要與竹葉山立交銜接，同時還要兼顧鐵路電氣化設備的高程，因此橋梁的高程要嚴格控制且需采用變寬橋面；其三是橋下的交通不能中斷，所選擇的施工方法不能影響橋下交通。

1.2 初選方案

根據(jù)以上原則及主要控制因素，該工程在方案設計提出了3種方案：斜拉橋方案、鋼管拱橋方案及連續(xù)梁橋方案。

方案1：斜拉橋方案，橋型為135＋56＋39m獨塔雙索面混凝土斜拉橋，如圖1所示。

獨塔斜拉橋是一種較常見的孔跨布置方式，適用于一跨跨越中小河流和城市通道。梁體尺寸小，受橋下凈空和橋面標高的限制少。主梁內(nèi)力均勻，抗裂性能好，適應不同的地質(zhì)、地形條件，便于懸臂法施工。此處采用135m的主跨一跨跨過鐵路站場，在邊跨設置輔助墩以提高體系剛度、減小主跨撓度。能滿足以上3個嚴格的條件。

方案2：鋼管拱橋方案，橋型布置為單孔135m鋼管混凝土系桿拱橋，如圖2所示。

這種變寬橋面的拱橋，一側拱圈與線路斜交，似展翅欲飛的蝴蝶，其優(yōu)美的曲線增強橋梁的視覺沖擊力。同時鋼管混凝土拱橋具有自重輕、強度大、抗變形能力強、跨度適應能力強、承載能力大、地基適應性好等突出優(yōu)點。其施工快捷，工期短，投資見效快。但難以滿足場地施工條件。

方案3：連續(xù)梁橋方案，橋型為50m＋100m＋60m預應力混凝土變截面連續(xù)梁橋，如圖3所示。

采用兩跨跨過鐵路站場，巧妙地利用了站場間的一塊空地，使得主跨與邊跨的懸臂段得以對稱布置，方便懸臂施工。該橋型屬于常規(guī)橋型，具有耐久性好、適應性強、整體性好、行車平順、視覺通透性好以及美觀等許多優(yōu)點。與同等規(guī)模的其它橋型相比，具有施工方便、工期短、造價低等優(yōu)點。但需要在鐵路中間設置橋墩，影響將來的發(fā)展。

1.3 方案對比

以上三個方案均能滿足橋下既有鐵路和規(guī)劃鐵路凈寬及凈高的要求，均能達到設計荷載標準。綜合考慮景觀效果、施工工期、實施難易程度、經(jīng)濟性和施工期間對鐵路的影響程度等，比較見表1。

通過表1比較可見，方案1造型獨特，施工難度不大，技術成熟，景觀效果好，綜合以上考慮，該次設計推薦方案1。

表1 主橋方案對比表

2 主橋的設計

2.1 結構布置

金橋主橋為獨塔雙索面預應力混凝土斜拉橋，全長260m，跨度布置為138＋81＋41＝260m，主跨138m。塔、墩、梁固結體系，免去了主墩設置大噸位支座的麻煩。

橋面寬度由39m漸變至49.9m，按雙向6車道設計，主梁采用雙邊箱梁截面（見圖5），梁高3.8m，標準橋面寬度組成：2.5（索錨區(qū)）＋0.5（防撞護欄）＋15.75（行車道）＋1.5（中間分隔帶）＋15.75（行車道）＋0.5（防撞護欄）＋2.5（索錨區(qū)）＝39.0m。

橋塔順橋向為獨柱式，橫橋向為A字型。

斜拉索采用扇形雙索面，全橋共20對斜拉索，共80根。在邊墩、輔助墩處豎向均設活動盆式橡膠支座，橫向邊墩處設橫向擋塊。

施工方法：138m主跨主梁采用后支點掛籃懸澆施工，81m和41m跨則采用滿堂支架施工。

2.2 主梁的設計

主梁采用C55混凝土，一般節(jié)段索距6.0m，壓重段索距3.70m。

主梁采用雙邊箱梁截面，雙向1.5%橫坡，主梁在路冠處梁高3.80m。全橋分為等寬段主梁和變寬段主梁。等寬段箱頂全寬39.00m，箱梁底寬39.60m，邊箱寬6.50m，兩個邊箱之間的頂板設置了高1.80m、厚0.3m的小縱梁。

等寬段主梁標準截面尺寸如下：頂板厚0.26m，底板厚0.36m，邊箱內(nèi)腹板厚0.45m、邊腹板厚1.20m，每個節(jié)段設置兩道橫梁，橫梁采用馬蹄形，馬蹄厚0.48m，肋寬0.3m。斜拉索錨固塊設置在邊箱箱內(nèi)。

壓重區(qū)段主梁采用單箱六室封閉截面，節(jié)段長3.70m，設置一道橫梁，橫梁厚度0.68m，底板厚0.50m，頂板厚0.26m，中間豎腹板厚0.60m，邊腹板1.20m，肋板與底板閉合，肋板厚度0.30m。

變寬段主梁頂板寬度由39.000m線性變寬至49.899m，主梁右幅截面不變，左幅截面寬度線性變化，兩個邊箱寬度不變，橫向尺寸通過調(diào)整橫梁的跨度加以實現(xiàn)。

在等寬段和變寬段每6m長的一個節(jié)段內(nèi)設置兩道橫梁，橫梁間距為3m，而在變寬段其小縱梁間的間距隨著左幅寬度的變化而線性變化。

塔梁固結段，邊箱豎腹板加厚至1.00m，邊腹板加厚至2.20m，頂板加勁肋板由1.80m高漸變至相應位置梁全高，并加厚至1.00m肋板設置穿過索塔橫梁。

2.3 橋塔的設計

橋塔橫橋向最初設計采用A型塔，塔柱承臺間有橫向連接系梁，系梁施工需部分封鎖金橋大道交通。設計考慮到該橋施工時，金橋大道附近的中一路將開通，車流經(jīng)中一路分流，該橋施工時可以封鎖交通，故設計采用下端封閉的A型塔。但是該橋主塔施工時，中一路未能如期開通，若封鎖金橋大道部分交通，將嚴重影響居民出行。為避免影響金橋大道交通，設計對主塔方案進行優(yōu)化，通過改變“A”字塔原來“叉開站立”為“直腿站立”，加強塔柱和中橫梁的方案，取消了對工期和地面交通影響較大的斜拉橋 “A”字型底部的橫系梁來達到不影響金橋大道交通的目的。

主塔采用C55混凝土。主塔順橋向為柱式結構、橫橋向為“A”型，鋼筋混凝土結構。塔高承臺以上為101.7m，橋面以上為79.012m，高跨比為0.57。塔上索距分別為1.8m、1.7m和2.3m。

主塔由塔座、下、中、上塔柱及下、中、上橫梁等部分組成，塔座高2m，頂面尺寸為9.0m×12.0m，底面尺寸為13.0m×16.0m。下塔柱高18.3m，橫橋向?qū)?.5～6m、順橋向?qū)?.5～8m，采用單箱單室截面，壁厚為1.3m×1.5m，在根部及與下橫梁交界部范圍內(nèi)壁厚逐漸加厚。

中塔柱高48.2m，橫橋向等寬3.5m、順橋向等寬6.5m，采用單箱單室截面，壁厚為1.0m×1.5m，在頂、底部與中、下橫梁交界部一定范圍內(nèi)壁厚逐漸加厚。

上塔柱高35m，橫橋向等寬3.5m、順橋向等寬6.5m，采用單箱室截面，側墻基本壁厚均為1.0m、錨固墻均為1.4m，在頂、底部與上、中橫梁交界部一定范圍內(nèi)壁厚逐漸加厚。上塔柱內(nèi)設有斜拉索錨塊。塔頂部為1.5m厚的上橫梁。

下橫梁即主梁T0節(jié)段，其頂同主梁一樣設1.5%的斜坡，由于橋梁主跨主梁的加寬，主塔橫向中心線與主梁中心線不重合，主梁中心線處高6.8m，橫橋向均長42.6m，順橋向?qū)?m，采用上、下箱型截面，頂板厚度為0.9m，中隔板厚度0.8m、底板厚度為0.6m，腹板厚度為1.5m。中橫梁高4.0m，橫橋向均長21.66m，順橋向?qū)?m，采用單箱單室截面，頂、底板厚度為0.8m，腹板厚度為0.8m。上橫梁高1.5m，橫橋向均長10.84m，順橋向同塔柱等寬，采用矩形截面。

斜拉索在主塔上采用非交錯錨固，其具體構造是在塔柱中埋設鋼管，再將斜拉索穿入用錨頭錨固在鋼管上端的錨墊板上，見圖6（c））。上塔柱斜索錨固區(qū)設“井”字型預應力，以抵抗拉索在箱壁內(nèi)產(chǎn)生的拉力。

2.4 斜拉索的設計

斜拉索采用扇形雙索面，全橋共20對斜拉索，共80根。斜拉索采用7mm鍍鋅涂層高強平行鋼絲斜拉索，外擠雙層PE，內(nèi)層為黑色，外層為彩色，鋼絲標準強度f＝1 670MPa。斜拉索規(guī)格共7種，即：1877、2117、2417、2657、2837、3017、3377。斜拉索在主梁處最小傾角約26.0°，最大傾角約59.8°。斜拉索錨具采用冷鑄墩頭錨，梁端及塔端錨具均采用張拉端錨具。斜拉索在預埋鋼導管內(nèi)設置阻尼器。為方便橋梁運營階段在電氣化鐵路上方斜拉索養(yǎng)護及換索方便，斜拉索錨固塊設置在邊箱內(nèi)。在成橋狀態(tài)下左幅最大索力為：8 535kN，右幅最大索力為：8 515kN。在運營階段左幅最大索力為：8 698kN，右幅最大索力為：8 696kN。

3 主橋的計算

該橋總體結構分析采用MIDAS有限元程序建模，共495個節(jié)點，420個單元?？紤]的荷載有施工臨時荷載、恒載、汽車荷載、汽車制動力、溫度荷載、基礎變位，荷載按照規(guī)范要求進行組合，分析結果表明橋梁整體受力滿足相關規(guī)范要求。

局部受力分析采用ANSYS軟件建立橋塔錨索區(qū)頂部三個節(jié)段的細化模型，計算塔柱模型高6.8m。計算結果滿足規(guī)范要求。

4 結 語

該橋為城市主干道上跨鐵路站場的大橋，受諸多因素限制，如建設場地受限、施工與運營過程中必須保證鐵路運輸安全正常進行等。經(jīng)過深入的技術、經(jīng)濟、施工等多方面的對比，主橋最終采用獨塔斜拉橋，充分體現(xiàn)了安全、經(jīng)濟、美觀等方面的考慮，同時主跨采用前支點掛籃懸臂施工，很好地解決了不影響鐵路運輸?shù)膯栴}；變寬橋面的設計也很好地解決了與竹葉山立交銜接的問題。如今的金橋已然成為了武漢大道上一條亮麗的風景線，將為大武漢的經(jīng)濟發(fā)展添磚加瓦，更是給千千萬萬的武漢人民的出行帶來了極大的方便。

［1］項海帆.橋梁概念設計［M］.北京：人民交通出版社，2011.

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Design of the Main Bridge of the Jinqiao Bridge in Wuhan Road

XIONG Tao1，PEI Bi－da2，LONG Jun－xian1
（1.Wuhan Survey，Design and Research Institute Co，Ltd，China Railway Eryuan Engineering Group Co，Ltd，Wuhan 430071，China；2.College of Civil Engineering，Hunan University，Changsha 410082，China）

To probe into the structural features and key techniques of overpass and gradient width cable－stayed bridge，the design，calculation and analysis processes of the Jinqiao bridge in Wuhan road were summarized.The bridge is a prestressed concrete cable－stayed bridge with a single pylon and double cable plane.Its span arrangement is（138＋81＋41）m，deck width is 39～49.9mand structural system is the rigid fixity system of pylon，pier and girder.The pylon is the concrete structure that is 79.0mhigh，the stay cables are arranged in spatial cable plane of fan type.In the process of the design，the finite element software MIDAS was used to analyze the global force conditions of the bridge，the software ANSYS was used to calculate，analyze and optimize the local force behavior of anchor zone in pylon.The results indicate that the various checking calculation values of the strength and rigidity of the bridge can satisfy the relevant requirement in the codes.

bridge engineering； overpass bridge； main road； gradient width； cable－stayed bridge

10.3963／j.issn.1674－6066.2014.02.031

2014－03－06.

熊 濤（1983－），工程師.E－mail：34449011＠qq.com