李 杰 黃 波

（中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司 成都分公司 610031）

1 工程概況

根據(jù)《晉城市城市總體規(guī)劃（2008-2020年）》，文博路位于主城區(qū)，是晉城規(guī)劃路網(wǎng)區(qū)域骨架“二環(huán)、四射、六橫、七縱”的七縱之一，是城市的主干道；同時(shí)市級(jí)主要文化設(shè)施相對(duì)集中布局在主城區(qū)文博路一線(xiàn)，形成市級(jí)文化中心。文博路兩側(cè)的綠化和水庫(kù)規(guī)劃定位為城市公園。

本橋位于山西省晉城市文博路，起于北環(huán)路，止于迎賓路，全長(zhǎng)5205米，道路紅線(xiàn)規(guī)劃寬度60米。文博路北段位于晉城市主城區(qū)東北部，是城市總體規(guī)劃中確定的六橫七縱路網(wǎng)中的一條南北向交通性主干道。該道路上跨花園頭水庫(kù)，需設(shè)橋梁一座，由于考慮到城市的景觀要求，橋梁在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮美觀性。

2 工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

道路等級(jí)：城市主干道。設(shè)計(jì)速度：40km/h。設(shè)計(jì)年限：橋梁設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期100年；主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限100年。安全等級(jí)：一級(jí)。設(shè)計(jì)荷載：橋梁：城-A級(jí)，人群荷載：4.0kN/m2。橋梁橫坡：車(chē)行道雙向1.5%，人行道單向2%。抗震：基本烈度6度，地震動(dòng)峰值加速度0.05g，抗震設(shè)防分類(lèi)：丙類(lèi)，抗震設(shè)防烈度7度。橋梁全寬54米，引橋分為左、中、右三幅橋，橫斷面布置：3米人行道+6米非機(jī)動(dòng)車(chē)道+3.5米機(jī)非隔離帶+14.5米快車(chē)道+14.5米快車(chē)道+3.5米機(jī)非隔離帶+6米非機(jī)動(dòng)車(chē)道+3米人行道=54米。環(huán)境類(lèi)別：主體結(jié)構(gòu)I類(lèi)環(huán)境；地下結(jié)構(gòu)II類(lèi)環(huán)境。設(shè)計(jì)水位：花園頭水庫(kù)蓄水位：712.07m。

3 總體設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)橋梁起止點(diǎn)里程：K0+244.93～K0+575.07，橋梁全長(zhǎng)330.14m，跨徑布置為60+2×100+60m＝320m，橋梁全寬54m，分左、中、右三幅橋，橫斷面布置為3.0m（人行道）+6m（慢車(chē)道）+3.5m（機(jī)非隔離帶）+14m（快車(chē)道）+0.5m（防撞欄桿）+14m（快車(chē)道）+3.5m（機(jī)非隔離帶）+6m（慢車(chē)道）+3.0m（人行道），左、右幅橋?qū)挾染鶠?2m，中幅主橋?qū)?9.96m，與左、右幅橋之間設(shè)置2cm變形縫。

圖1 橋梁總體布置圖（單位：cm）

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 上部結(jié)構(gòu)

箱梁中支點(diǎn)梁高7.2m，端支點(diǎn)及跨中梁高2.5m，箱梁底板曲線(xiàn)為二次拋物線(xiàn)過(guò)渡，中跨、邊跨合攏段長(zhǎng)2.0m，邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)8.88m。中幅梁體采用單箱三室結(jié)構(gòu)，頂寬29.96m，底寬23.96m，懸臂長(zhǎng)3m。左、右幅梁體采用單箱單室結(jié)構(gòu)，頂寬12m，底寬6m，懸臂長(zhǎng)3m，懸臂根部厚度0.6m，端部厚度0.2m。橋面橫坡通過(guò)梁頂面形成，底板水平。需注意梁體高度均指梁體中心高度。

箱梁0號(hào)塊為8m，懸臂澆筑段分為13個(gè)塊，節(jié)段劃分為：5x3m+4x3.5m+4x4m。兩側(cè)支架現(xiàn)澆段8.88m，中跨、邊跨合攏段均為2m。

箱梁上部結(jié)構(gòu)采用三向預(yù)應(yīng)力，按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)。箱梁縱向鋼束分為頂板束、底板束、腹板束以及備用束，采用大噸位群錨體系，鋼絞線(xiàn)采用φS15.24高強(qiáng)度低松弛鋼絞線(xiàn)，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1860MPa，彈性模量為Ep=1.95×105MPa。

箱梁頂板橫向預(yù)應(yīng)力鋼束采用 BM15-3 扁錨體系，鋼絞線(xiàn)采用φS15.24高強(qiáng)度低松弛鋼絞線(xiàn)，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1860MPa，彈性模量為Ep=1.95×105MPa。左、右兩幅橋采用單端張拉，中幅橋采用兩端張拉。橫向預(yù)應(yīng)力筋順橋向間距平均0.5m。

豎向預(yù)應(yīng)力采用精軋螺紋鋼筋，軋絲錨具，頂端張拉錨在頂板頂面。豎向預(yù)應(yīng)力筋順橋向間距平均50cm，支點(diǎn)附近橫向加密。

4.2 下部結(jié)構(gòu)

下部結(jié)構(gòu)橋墩采用鋼筋混凝土薄壁空心墩接承臺(tái)群樁基礎(chǔ)，橋墩橫橋向?qū)挿謩e為6米、23.96米和6米，順橋向?qū)?.5米。承臺(tái)厚3.5m，樁基礎(chǔ)直徑1.8m，按摩擦樁設(shè)計(jì)。

下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)均采用重力式U型橋臺(tái)接承臺(tái)群樁基礎(chǔ)。承臺(tái)厚2.5m，樁基礎(chǔ)直徑1.8m，按摩擦樁設(shè)計(jì)。

4.3 施工流程

上部結(jié)構(gòu)梁體采用懸臂澆筑施工，0＃塊長(zhǎng)8m，兩側(cè)懸臂共13個(gè)節(jié)段，分段長(zhǎng)度3m～4m。

施工程序依次如下：①場(chǎng)地平整，橋區(qū)地基處理，筑島圍堰；②施工樁基礎(chǔ)和承臺(tái)結(jié)構(gòu)；③施工橋墩結(jié)構(gòu)；④在主墩上安裝墩旁托架，然后在墩頂及托架上立?，F(xiàn)澆0、1號(hào)塊；⑤安裝掛藍(lán)，分段現(xiàn)澆箱梁節(jié)段，形成T構(gòu)；⑥兩個(gè)邊墩墩梁均臨時(shí)固接，形成3個(gè)“T”構(gòu)，采用掛籃懸臂澆筑施工，同時(shí)在兩個(gè)邊跨箱梁段用支架現(xiàn)澆施工；⑦合攏60m邊跨，形成2個(gè)單懸臂體系，邊孔在支架上合攏；⑧合攏2個(gè)中跨，完成全橋合攏；⑨最后施工橋面系和引道施工。

5 結(jié)構(gòu)計(jì)算

5.1 計(jì)算理論和計(jì)算方法

構(gòu)件縱向計(jì)算采用大型有限元軟件Midas Civil 2012，按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。

（1）整體結(jié)構(gòu)分析模型采用空間桿系有限元模型進(jìn)行計(jì)算，所有構(gòu)件均以梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬，各部位邊界條件根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況進(jìn)行模擬。中幅橋和左、右幅橋均劃分為209個(gè)節(jié)點(diǎn)和184個(gè)單元；

圖2 全橋計(jì)算模型

（2）根據(jù)具體施工過(guò)程，劃分合理的施工階段；

（3）根據(jù)相關(guān)規(guī)范，對(duì)各項(xiàng)恒、活荷載進(jìn)行組合，計(jì)算出單元在施工階段和使用階段下最不利的應(yīng)力、內(nèi)力和位移值，并驗(yàn)算構(gòu)件是否滿(mǎn)足規(guī)范要求。

5.2 荷載

梁體計(jì)算考慮的荷載包括：一期恒載、二期恒載、移動(dòng)荷載、預(yù)應(yīng)力效應(yīng)、混凝土收縮徐變、支座不均勻沉降、非線(xiàn)性溫度效應(yīng)和整體升降溫等。

一期恒載：預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的容重取26kN/m3，單元自重由程序自動(dòng)計(jì)算；橫隔梁荷載以節(jié)點(diǎn)集中荷載加入。二期恒載：瀝青混凝土鋪裝的容重取24kN/m3，鋼筋混凝土鋪裝的容重取25kN/m3；欄桿及人行道系荷載按實(shí)際取值，在最后施工階段以永久荷載的形式加載。收縮、徐變：按成橋后3650天完成計(jì)算。溫度：非線(xiàn)性溫度效應(yīng)按規(guī)范加載；整體升降溫按整體升溫20℃，整體降溫-20℃考慮。支座沉降：支座不均勻沉降按10mm計(jì)。汽車(chē)活載：城-A級(jí)，按最大雙向8車(chē)道加載并自動(dòng)計(jì)算折減；人群荷載：4kpa。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)：1.1。荷載組合：根據(jù)規(guī)范自動(dòng)計(jì)入并進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。錨具回縮變形值：兩端張拉12mm。

5.3 縱橋向計(jì)算結(jié)果（僅示意中幅）

由于結(jié)構(gòu)關(guān)于中墩對(duì)稱(chēng)，計(jì)算結(jié)果僅示意一半。如圖3～4所示，正常使用極限狀態(tài)下，主梁各單元正截面抗裂均為壓應(yīng)力，滿(mǎn)足規(guī)范要求；斜截面抗裂最大拉應(yīng)力為0.71MPa，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

圖3 正截面抗裂驗(yàn)算結(jié)果圖形

圖4 斜截面抗裂驗(yàn)算結(jié)果圖形

如圖5～6所示，在正常使用極限狀態(tài)下，主梁各單元混凝土正截面法向壓應(yīng)力最大為16.21MPa，滿(mǎn)足規(guī)范要求；混凝土斜截面主壓應(yīng)力最大為12.2MPa，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

圖5 正截面混凝土法向壓應(yīng)力驗(yàn)算結(jié)果圖形

圖6 斜截面混凝土的主壓應(yīng)力驗(yàn)算結(jié)果圖形

6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

6.1 剛構(gòu)-連續(xù)體系的選取

本橋跨越花園頭水庫(kù)，橋下凈空較小，3個(gè)橋墩高度均不大，最高橋墩僅11m，若橋墩均采用墩梁固接，則溫度力、混凝土收縮徐變產(chǎn)生的次內(nèi)力較大，結(jié)構(gòu)受力較為不利。根據(jù)剛構(gòu)-連續(xù)橋梁受力原理，采用剛構(gòu)-連續(xù)體系，將2號(hào)墩固接，1號(hào)墩和3號(hào)墩放置支座。

由于懸臂施工過(guò)程中3個(gè)橋墩均需墩梁固接，故將1、3號(hào)墩進(jìn)行臨時(shí)固接，墩梁結(jié)合處采用硫磺砂漿混凝土澆筑，共兩層硫磺砂漿，每層砂漿內(nèi)預(yù)埋電阻絲。待1、3號(hào)墩相鄰邊跨合攏后，拆除臨時(shí)固接，先放松0#塊箱梁頂臨時(shí)錨固粗鋼筋，通電熔化硫磺砂漿，以達(dá)到解除臨時(shí)固接的目的。

6.2 合理的合攏順序設(shè)計(jì)

本橋有2個(gè)邊跨和2個(gè)中跨共計(jì)4個(gè)合攏段，通過(guò)對(duì)比計(jì)算，采用先合攏邊跨，并拆除邊跨橋墩臨時(shí)固接，再合攏中跨的順序，對(duì)結(jié)構(gòu)受力更為有利。

7 結(jié)束語(yǔ)

（1）當(dāng)橋墩較矮時(shí)，若橋墩全固接，溫度力、混凝土收縮徐變產(chǎn)生的次內(nèi)力大，結(jié)構(gòu)受力不利，此時(shí)可對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行優(yōu)化，僅固接一個(gè)橋墩，采用剛構(gòu)-連續(xù)體系，可大大減少由此產(chǎn)生的次內(nèi)力。

（2）通過(guò)合攏段合攏順序的選擇，可優(yōu)化結(jié)構(gòu)受力。

（3）本橋于2013年年底開(kāi)工建設(shè)，2015年年底建成通車(chē)。經(jīng)過(guò)2年多的運(yùn)營(yíng)，橋梁結(jié)構(gòu)狀況良好，達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。