潘成赟

（華設(shè)設(shè)計集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210014）

1 工程概況

新建官溪河大橋主橋采用（125+34.2+30.8）m獨(dú)彎塔混合梁斜拉橋，橋梁結(jié)構(gòu)新穎、造型恢弘，與周圍景觀高度融合。兩側(cè)引橋采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑為35m的現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，橋梁總長995m。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級：城市主干路；（2）設(shè)計速度：40km/h；（3）主橋?qū)挾龋?×[3m（人行道）+3.5m（非機(jī)動車道）+2.6m（拉索區(qū)）+16m（機(jī)動車道）÷2]=34.2m；（4）設(shè)計荷載：汽車荷載為城-A級，人群荷載為2.4kN/m2；（5）通航要求：規(guī)劃Ⅲ級航道，通航凈空滿足70m×7m，設(shè)計最高通航水位11.26m；（6）設(shè)計風(fēng)速：V10=27.1m/s；（7）抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：地震動峰值加速度值0.05g（設(shè)防烈度7度），主橋按甲類要求抗震設(shè)防。

3 主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 總體布置

主橋采用（125+34.2+30.8）m獨(dú)彎塔混合梁斜拉橋，主塔處采用塔梁墩固結(jié)體系，其余墩頂設(shè)豎向支座。主梁采用鋼-混混合梁，其中鋼梁段總長115m、混凝土梁段總長75m、鋼混結(jié)合段長2.75m。索塔采用帶斜塔柱的H形彎塔，不含基座總高75m。拉索采用扇形布置的豎向雙索面，主跨鋼梁段索距為9m，共10根，邊跨混凝土梁段索距為4m，2根索1對，共10對。主橋立面布置如圖1所示。

圖1 主橋立面布置圖（單位：cm）

3.2 主梁結(jié)構(gòu)

（1）混凝土箱梁?；炷料淞憾稳L75m，單箱三室截面，頂板設(shè)1.5%的雙向坡，底板水平布置，標(biāo)準(zhǔn)段梁高為2.2m，在塔梁墩固結(jié)段局部加高至3m。標(biāo)準(zhǔn)段混凝土箱梁頂、底板厚度分別為0.3m、0.45m，內(nèi)側(cè)兩道腹板厚0.5m，考慮邊跨拉索錨固構(gòu)造需要，外腹板與拉索區(qū)同寬，厚度為2.6m。拉索區(qū)橫梁標(biāo)準(zhǔn)間距為4m，厚度為0.5m。人非系統(tǒng)懸臂區(qū)域每隔4m設(shè)0.4m厚的加勁梗肋。為加強(qiáng)主跨剛度、確保邊墩頂支座不出現(xiàn)負(fù)反力且有一定壓力儲備，邊跨4個節(jié)段箱梁內(nèi)填充鐵砂混凝土壓重及全橋壓重合計共584t。

（2）鋼箱梁。鋼箱梁段全長115m，單箱五室斷面，頂板設(shè)1.5%的雙向坡，底板水平布置，路線中心線處梁高2.2m。標(biāo)準(zhǔn)段鋼箱梁頂、底板厚度分別為16mm、14mm，錨箱范圍內(nèi)頂、底板加厚至20mm，普通腹板厚14mm，錨固腹板厚24mm，頂、底板設(shè)U形加勁肋，腹板設(shè)板肋加勁。橫隔板采用實腹式，標(biāo)準(zhǔn)間距為3m，一般位置橫隔板厚12mm，支座位置處等特殊部位根據(jù)受力需要，采用不同板厚。斜拉索在鋼梁上的錨固方式采用錨箱式，設(shè)置在邊箱兩道腹板之間，并與邊箱焊接形成一體。綜合考慮構(gòu)造、加工、運(yùn)輸及現(xiàn)場施工等因素，鋼箱梁順橋向共劃分為12個梁段，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長度為9m，最大節(jié)段重量為107.4t。主梁結(jié)構(gòu)典型橫斷面如圖2所示。

圖2 主梁典型斷面（單位：cm）

（3）鋼-混結(jié)合段。鋼-混結(jié)合段是混合梁設(shè)計中的關(guān)鍵部位，該橋結(jié)合段由以下三部分組成：3m鋼梁剛度過渡段+2m鋼-混結(jié)合段+2.8m混凝土梁過渡段。結(jié)合段構(gòu)造如圖3所示。鋼梁剛度過渡段內(nèi)頂、底板均采用U肋內(nèi)插變高度T肋的加勁形式，通過T肋變高來逐漸實現(xiàn)剛度過渡，確保過渡段內(nèi)傳力的連續(xù)性。鋼-混凝土結(jié)合段是主梁受力傳遞的關(guān)鍵部位，該橋采用有格室后承壓板形式，格室內(nèi)填充混凝土，同時在鋼與混凝土結(jié)合面處設(shè)置兩種連接件，即圓孔φ60mm、貫穿鋼筋φ25mm的開孔板和φ22mm×150mm的焊釘，以抵抗兩者之間的相對滑移和剝離，保證兩種材料之間的受力傳遞?；炷亮哼^渡段通過箱梁頂、底板厚度變化來實現(xiàn)剛度過渡，同時箱梁內(nèi)縱向預(yù)應(yīng)力鋼束穿過鋼-混結(jié)合段后，通過定制錨具錨固在格室承壓鋼板上，以確保結(jié)合段承壓鋼板與混凝土承壓面的緊密貼合。結(jié)合段混凝土橫梁及格室內(nèi)填充混凝土采用C50自密實無收縮混凝土。

圖3 主梁鋼—混結(jié)合段構(gòu)造（單位：mm）

3.3 索塔

空間型索塔由主塔柱及兩側(cè)的斜塔柱共同組成。主塔柱橫橋向為H形塔，結(jié)構(gòu)總高（含基座）75.56m，其中橋面以上部分高63.36m、橋面以下部分高12.2m，塔柱橫向中心間距18.6m。主塔柱采用矩形實心斷面，順橋向?qū)挾葹?.95～10.9m，橫橋向?qū)?.6m。由于主塔為彎塔且彎向主跨側(cè)，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，因此在上塔柱塔背側(cè)沿高度方向布設(shè)了預(yù)應(yīng)力鋼束以改善塔柱受力。斜塔柱橫向內(nèi)傾14.11°，采用箱形空心斷面，順橋向?qū)挾葹?.57～5.99m，橫橋向?qū)?.2m，壁厚0.5m。上橫梁采用箱形空心斷面，寬4.1m、高3m、壁厚0.6m。

索塔基礎(chǔ)采用啞鈴形承臺，承臺長寬高分別為50m、14.6m、4.5m，樁基為22根φ2.2m的鉆孔灌注樁。索塔一般構(gòu)造如圖4所示。

圖4 索塔構(gòu)造圖（單位：cm）

3.4 斜拉索

斜拉索采用2000MPa的高強(qiáng)平行鋼絲，扇形豎向雙索面布置，兩側(cè)斜拉索對穿錨固，平面布置如圖5所示。主跨鋼梁段索距為9m，邊跨混凝土梁段索距為4m，全橋共2×(10+2×10)=60根拉索，最大拉索長度為110.7m，最大規(guī)格為FPESL（Y）7-163，單根最大重量為5.45t。根據(jù)索力的不同，共采用FPESL（Y）7-85、FPESL（Y）7-109、FPESL（Y）7-139、FPESL（Y）7-163四種規(guī)格。拉索兩端均采用張拉端錨具，拉索在梁上錨固方式分為兩種：錨箱式（鋼梁段）和開槽口錨固后加底封板（混凝土梁段）。

圖5 斜拉索平面布置示意圖（單位：cm）

3.5 施工方案

主跨鋼箱梁采用少支架施工，預(yù)留臨時通航孔，鋼梁節(jié)段現(xiàn)場拼裝完成后通過頂推到位，邊跨混凝土梁采用支架施工。施工時先澆筑主塔柱、斜塔柱，后施工混凝土主梁、頂推鋼箱梁，然后澆筑鋼混結(jié)合段混凝土，最后張拉斜拉索。

4 主橋結(jié)構(gòu)

4.1 計算模型

采用MIDAS CIVIL軟件建立全橋空間有限元模型，其中斜拉索采用桁架單元，索塔、主梁采用空間梁單元模擬。成橋狀態(tài)計算模型如圖6所示。

圖6 總體計算模型圖

4.2 計算荷載

計算荷載包括自重、二恒、邊跨壓重、混凝土收縮徐變、支座沉降、活載（汽車+人群）、溫度作用（體系溫度+梯度溫差）、風(fēng)荷載（組合風(fēng)、百年極限風(fēng)）、制動力等作用效應(yīng)。

荷載組合包括組合一恒載，組合二恒載+活載，組合三恒載+活載+溫度+組合風(fēng)+制動力，組合四恒載+百年極限風(fēng)。

4.3 結(jié)構(gòu)驗算

（1）剛度驗算。經(jīng)計算，活載作用下主跨鋼梁最大豎向撓度為11cm＜L/400=31.25cm；邊跨混凝土梁最大豎向撓度為0.37cm＜L/500=13cm，該橋豎向剛度滿足規(guī)范要求。

（2）斜拉索驗算。成橋階段單根拉索最大索力為3616kN，運(yùn)營階段單根拉索最大索力為4205.4kN，斜拉索安全系數(shù)滿足施工階段＞2、運(yùn)營階段＞2.5，最大應(yīng)力幅值為152.7MPa＜200MPa，斜拉索設(shè)計滿足規(guī)范要求。

（3）鋼梁驗算。最不利工況下，鋼箱梁應(yīng)力為-71.03～70.57MPa，均小于Q345qD鋼材考慮板厚折減的容許應(yīng)力值，受力滿足規(guī)范要求。

（4）混凝土梁驗算。在頻遇組合作用下，混凝土梁正截面未出現(xiàn)拉應(yīng)力，最大主拉應(yīng)力為0.46MPa；在標(biāo)準(zhǔn)組合作用下，混凝土梁最大壓應(yīng)力為13.14MPa，最大主壓應(yīng)力為13.14MPa，均滿足相應(yīng)規(guī)范要求。

（5）索塔驗算。選取主塔柱5個典型位置、斜塔柱4個典型位置處截面進(jìn)行驗算，分別進(jìn)行正截面承載能力驗算以及抗裂驗算，計算結(jié)果如表1、表2所示。計算結(jié)果表明，索塔正截面承載能力均滿足要求且有一定富余，主塔柱安全系數(shù)＞1.9、斜塔柱安全系數(shù)＞2.4，同時塔柱截面作為偏壓構(gòu)件均能滿足e0/h≤0.55，按規(guī)范可不進(jìn)行裂縫寬度驗算。

表1 主塔柱典型斷面驗算表

表2 斜塔柱典型斷面驗算表（順橋向受力為主）

5 結(jié)束語

官溪河大橋主橋采用獨(dú)彎塔混合梁斜拉橋方案，主梁采用鋼—混凝土混合梁，主塔采用帶斜塔柱的H形空間彎塔形式，且彎向主跨側(cè)，結(jié)構(gòu)體系為塔梁墩固結(jié)體系。經(jīng)過計算分析，該橋在各種工況下各項設(shè)計指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求。該橋的設(shè)計將結(jié)構(gòu)美觀性與受力合理性很好地結(jié)合在一起，可以對類似工程起借鑒作用。