变截面连续梁与自锚式悬索组合体系桥设计

 邓安泰

 (南昌市城市规划设计研究总院，江西南昌330038)

摘要：南昌市桃花路跨越南桃花河桥为两跨变截面预应力混凝土梁与自锚式悬索组合体系桥。桥的跨径布置为50 m+50m。着重介绍桥梁的总体布置、结构设计及没计创新点。

关键词：部分自锚式悬索桥；变截面连续箱梁；组合体系；桥梁设计

中图分类号：U448.25文章编号：1004-4655( 2016) 02-0013-03

1工程概况

 桃花路位于南昌市朝阳洲片区，是一条城市主干道。其北起洪城路，南至昌南大道，全长约5.2 km，道路在中心桩号K2+008.968处跨越南桃花河，河道宽度达95 m。南桃花河为南昌市朝阳新城片区重要的景观河道，毗邻桥位处河道南侧为南昌市新动物园，是市区旅游观光的重要景点，对桥型景观要求较高。

 桥位处道路平面位于圆曲线上，道路中心线圆曲线半径1 200 m。设计行车速度为50 km/h，汽车活载为城-A级，人群荷载为3.5 k N/ m2。风荷载为50 a-遇，设计基本风速27.2 m/s。温度荷载：体系温度为极限最高气温43.2℃，极限最低气温-9.9℃。日照温差：遵照JTG D 60-2004《公路桥涵设计通用规范》。抗震设防烈度为7度。设计基本地震加速度值为0.1g，设计特征周期为0.35 s。场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第一组。桥梁设计基准期为100 a，环境类别I类。

2桥型总体布置设计

  根据道路平面布置、河道宽度及景观设计等因素综合考虑，选取自锚式悬索桥方案，自锚式悬索桥在中小跨径上是一种既经济又美观的桥型。

  初步设计方案为三跨变截面预应力混凝土梁与自锚式悬索组合体系桥，跨径布置为25 m+

60 m+25 m。主梁采用三跨变截面预应力混凝土连续箱梁；主塔及缆吊采用双塔三缆面形式。但桥梁跨径较小，桥宽接近50 m，桥梁纵向和横向立面景观不协调，上部结构显得繁杂，故该方案未被采用。

 优化方案采用两跨变截面预应力混凝土梁与自锚式悬索组合体系桥，跨径布置为50 m+50 m。主梁采用变截面预应力混凝土连续箱梁；主塔及缆吊系统采用独塔单缆面形式，布置在中央绿化带内，总体布置形式见图1、图2。

优化方案的桥型较好地结合道路横断面，上部结构简洁，在空间上视野比较开阔。最终推荐该桥型方案，桥型效果图见图3。

 设计桥型为50 m+50 m两跨变截面预应力混凝土梁与自锚式悬索组合体系桥，即部分自锚式悬索桥。国内自锚式悬索桥多采用三跨形式，独塔两跨式自锚式悬索桥较少，本桥根据河道宽度将两跨变截面箱梁与自锚式悬索相结合，将受力不利的两跨梁桥转化为受力合理的桥梁结构，造型独特美观。

 由于本桥跨径较小，桥面较宽，预应力混凝土变截面箱梁刚度大，可以承担主要的荷载；缆索承担较小部分荷载，主梁和缆吊系统的内力通过吊杆力调整。本桥为单塔单缆面结构、独柱桥塔，竖直方向上设置1根大缆，双侧缆索的理论垂跨比为

  1：16.67，竖直吊索间距5m。

  3结构设计

  3,1主塔及桥墩设计

 考虑到桥宽达44 m，主墩采用分离式桥墩，横桥向设3个墩柱，墩柱间距14 m，断面尺寸为2.8 m×4.2 m，承台高度2.5 m。每个墩柱基础采用

  4根西180 cm钻孔灌注桩，持力层为弱风化泥岩。

 主塔采用钢筋混凝土结构作为主体受力构件，主要承担主缆传递竖向力及不平衡水平力。塔柱与主梁箱体浇为一体。

 桥面以上主塔高21.7 m，塔柱为实体矩形局部内凹截面。截面尺寸横桥向×纵桥向为1.8 m×2.2 m（塔底）、1.8 m×3.2 m（上部最大截面）。塔身为单向变截面，横向截面宽度保持不变，纵向由2.2 m直线渐变至塔上部为3.2 m，然后收窄至塔顶。

  3.2主梁设计

 主梁为两跨变截面连续箱梁，单箱七室。1/2箱梁纵剖面图见图4。梁高由1.7 m渐变到3m，在端横梁处加高为2.2 m。

 主缆锚固区的梁端高2.2 m，实体截面，主要用作端横梁及主缆锚固。

 标准段箱梁上翼板宽44 m，两侧悬臂外挑4m，顶板厚25 cm，箱底板宽36 m，厚25 cm。除支点处腹板加厚至80 cm外，其余腹板均为50 cm。

 箱梁在吊杆锚固处设1道厚30 cm的横隔板。吊杆穿过横隔板锚固在箱梁底面。

 主梁采用双向预应力结构体系，桥面板内的横向预应力每50 cm设置1道，纵向预应力布置在腹板、顶底板。主梁采用满樘支架现浇施工方法。

3.3缆吊系统设计

 1)缆索系统总体布置。本桥主缆由两跨组成，主跨的理论垂跨比1：16.67。主缆在横断面上布置为单缆面。每跨顺桥向设7个吊索吊点，吊点间距为5m，全桥共14个吊索吊点，共计14根吊索。

 2)主缆构造。主缆为单缆面，矢跨比约为1／16.67。主缆采用PES7-313成品缆索（外挤双层彩色PE），破断荷载为20 116 k N。标准强度，，k=1 670 M Pa，安全系数K>2.5。主缆采用冷铸锚锚固体系，每根主缆两端分别锚固在端横梁及主塔上。

 3)吊索及索夹构造。全桥吊杆共14根，吊杆纵向间距5.0 m。吊杆采用单根PES5-55成品拉索（外挤双层彩色PE），冷铸锚锚固体系。

 吊杆与索夹采用耳板销接，下端与梁体为冷铸锚锚固，张拉端设在箱梁底部。索夹为2个铸钢半圆构件，采用高强螺栓对接（左右对接），全桥共有14个索夹。索夹及附件的防腐措施采用喷涂防腐油漆，油漆分多道喷涂。

4结构分析

 对于两跨变截面预应力混凝土梁桥而言，中支点的负弯矩很大。本桥采用两跨变截面预应力混凝土梁与白锚式悬索组合体系桥形式，从设计思路上通过吊杆的作用，调整箱梁的内力，实现梁体内力重分布，减少箱梁跨中的正弯矩及中支点的负弯矩。

 桥梁整体计算采用有限元分析程序MIDAS civil 2006版和桥梁博士3.0版。图5给出连续梁桥和组合体系桥正常使用极限状态短期效应组合主梁正应力的对比图。2种桥型主梁配同样的预应力钢束，跨中和中支点正应力存在较大差值（见表1）。由图5和表1可知，采用组合体系桥的主梁应力线较为平滑，应力分布较均匀，对结构受力有利。

5施工方法和步骤

6结语

 目前国内在中小桥设计上创新比较多，本桥将梁桥自身受力与自锚式悬索相结合，改善主梁的受力，取得较好的效果。该桥已于201 1年5月建成通车，运营至今，一直良好。