龍灣大橋主塔設計

2012-09-25 09:18:00俞雷

城市道橋與防洪 2012年4期

俞雷

（上海現代建筑設計（集團）有限公司，上海市200041）

1 概述

龍灣大橋及引道工程位于廣東省佛山市禪城區南莊鎮及南海區西樵鎮，路線起于西樵鎮的樵金路崇民路交叉口，路線朝東北方向延伸，跨越順德水道之后繼續向東北方向前進與羅南大道交叉，之后沿羅南大道延伸直至紫洞路交叉口，全線長約4.3 km。

龍灣大橋主橋跨越順德水道，是整個工程的關鍵性控制節點。龍灣大橋主橋采用跨徑30 m+125 m+290 m+125 m+30 m=600 m預應力混凝土雙塔雙索面斜拉橋，主塔分別立于西樵側和南莊側淺水區，邊跨分別跨越西樵和南莊兩側大堤，錨墩和邊墩立于岸上，滿足水利部門對大堤保護的要求。該橋采用預應力混凝土雙塔雙索面斜拉橋，塔墩固結、主梁半飄浮結構體系。圖1為主橋布置。

2 主塔結構設計

2.1 塔身

主塔為鉆石A型空間索塔，主塔總高98 m，塔頂標高為100 m，橋面以上高度約為79 m。主塔錨固區采用等截面形式，單室箱形斷面，橫橋向寬度4 m，壁厚1.2 m，順橋向寬度6.8 m，壁厚0.7 m。

中、下塔柱采用變截面單室箱形斷面，尺寸從4.0 m×6.8 m變化至塔底5.0 m×8.5 m，壁厚從0.7×1.2 m變化到1.2×2.2 m。主塔錨固區四周設凹槽，增強塔柱立體感，改善景觀效果，同時可以避免環向預應力張拉槽切斷塔柱主筋；中、下塔柱采用矩形斷面。圖2為主塔結構圖。

主塔采用C55混凝土，塔內設有勁性骨架，以便于施工定位。塔柱內設有爬梯和人孔，方便養護檢修。

2.2 上、下橫梁

主塔上橫梁采用箱形斷面，高度4.0 m，寬度5.1 m，兩側各比塔柱小0.85 m，以形成鮮明的層次感，頂板、底板和腹板厚度均為0.5 m。橫梁內共配置8根Φs15.2-12的直束。

主塔下橫梁采用箱形斷面，高度4.0 m，寬度6 m，頂板、底板厚度為0.5 m，腹板厚度0.55～1.0 m，主梁支座下面設厚度1.0 m橫隔板。橫梁頂、底板內共配置40根Φs15.2-15的直束，腹板內共配置20根Φs15.2-19豎彎束，橫梁鋼束根據斜拉橋施工過程分批張拉。圖3為主塔橫梁結構圖。

2.3 索塔錨固區

主塔錨固區采用預應力平衡斜拉索水平分力，為Φs15.2 mm預應力鋼絞線環形鋼束與JL32 mm精軋螺紋鋼筋直線束相結合的錨固方式（見圖4、圖5）。拉索錨固局部構造設混凝土墊塊，墊塊表面用鋼板外包。預應力張拉槽位于塔柱凸起部分，避免切斷塔柱主鋼筋，方便施工。

2.4 附屬結構

為了便于運營期間對主塔、拉索的檢修和維護,主塔下橫梁頂面設置了人孔，進入橫梁后人員可以走通塔內各個空間。主塔內部從塔底至塔頂高度范圍內設有爬梯和平臺，通過爬梯可至每根拉索。塔頂設吊掛檢修設備、塔頂航標燈、避雷針等。塔頂雨水通過布置在主塔內的排水管排入江中。

3 主塔結構計算分析

3.1 主塔總體計算

3.1.1計算工況

主塔結構計算分施工階段和使用階段計算。施工階段對裸塔、最大雙懸臂、最大單懸臂3個狀態進行計算，考慮施工荷載、風荷載等。

圖1 龍灣大橋主橋布置（單位：m）

圖2 主塔結構圖（單位：m）

圖3 主塔橫梁結構圖（單位：m）

圖4 直線束平面布置圖（單位：cm）

圖5 U形預應力束平面布置圖（單位：cm）

使用階段考慮的荷載組合如下：

組合一：恒載+活載+預應力+收縮+徐變；

組合二：組合一+體系溫差+索與梁，塔溫差+塔左右溫差+梁上下溫差+制動力；

組合三：組合一+靜風荷載（橋面風速25 m/s）；

組合四：組合一+體系溫差+索與梁，塔溫差+塔左右溫差+梁上下溫差+靜風荷載（橋面風速25 m/s）+ 制動力；組合五：恒載+預應力+收縮+徐變+地震；組合六：恒載+預應力+收縮+徐變+靜風荷載（100 a一遇）；

組合七：組合一+支座變位+施工誤差；

組合八：組合一+體系溫差+索與梁，塔溫差+塔左右溫差+梁上下溫差+靜風荷載（橋面風速25 m/s）+支座變位+施工誤差。

3.1.2結構受力

主塔順橋向、橫橋向受力由組合二或組合四控制。主塔抗剪驗算主要由組合五控制。表1為主塔控制斷面截面應力。

根據總體計算，結構受力滿足承載能力極限

表1 主塔控制斷面截面應力（單位：MPa）

狀態設計和正常使用極限狀態設計要求。

3.2 索塔錨固區計算

3.2.1平面模型計算

主塔錨固區平面計算采用框架模型（見圖6），節段長1.75 m（塔上標準索距），取25#索處配束（索力標準組合750 t，水平角29°），錨固區配束為19Φs15.2 mm預應力鋼絞線環形鋼束與JL32 mm精軋螺紋鋼筋直線束相結合。計算中井字預應力和環向預應力的永存預應力分別為0.65fpk和0.4fpk。