新泰青龍路橋設計

徐弈鑫

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海市 200092）

1 工程概況

新泰青龍路橋又名“清音橋”，位于山東省新泰市，是青龍路東延伸段跨越東周河（青云水庫溢洪道）的一座橋梁。東周河西岸為新建的清音公園，東周河東岸為海拔495.6 m的青云山，橋位北側為青云水庫。橋梁設計時考慮一跨過河以消除對泄洪的影響。設計方案在滿足橋梁使用功能的前提下，力求結構造型新潁、富有時代感，能充分體現新泰市城市風貌及其悠久的歷史文化內涵。圖1為青龍路橋主橋效果圖。

圖1 青龍路橋主橋效果圖

2 建設條件

2.1 技術標準

（1）道路等級：城市Ⅱ級主干路；

（2）設計車速：60 km/h；

（3）設計荷載：城—A，人群荷載按《城市橋梁設計荷載標準》（CJJ 77-1998）取用；

（4）環境類別：Ⅱ類；

（5）地震烈度：抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10 g。

2.2 地質條件

（1）工程地質條件

東周河西岸回填土厚度較大，且未完成自重固結，地層巖性、巖石面埋藏深度變化較大，且分布不均勻，工程地質性質差異較大；東周河東岸地層結構簡單，巖土體分布較均勻，且巖土層工程地質性質良好，中風化巖層埋深較淺，適宜建設。

（2）地震

工程場地位于新泰-蒙陰斷裂上。新泰-蒙陰斷裂是魯西斷塊區內一條規模較大的北西向斷裂。該斷裂段為早、中更新世活動斷裂，小斷裂為第四紀不活動斷裂，同時，新泰-蒙陰斷裂發育在兩種不同巖性的地層之間，斷裂破碎帶規模較大，斷裂兩側地基承載力存在明顯差異。東周河西岸位于斷裂帶上盤，巖層分布均勻；東岸位于斷裂帶下盤，巖層完整、均勻，地質性能較好。

3 總體設計

青龍路橋主橋為獨塔雙索面預應力混凝土斜拉橋結構，塔、梁半漂浮體系，主橋跨徑布置為138 m+102 m=240 m，引橋為3×30 m等高度預應力連續梁結構，全橋總長330 m。橋梁標準橫斷面布置為：5 m人行道和非機動車道+2 m分隔帶+23 m機動車道+2 m分隔帶+5 m非機動車道和人行道=37 m。主橋索塔處32 m范圍內橋面局部加寬，人行道從索塔外緣繞塔而過。

主橋箱梁采用單箱四室的斜腹板箱形斷面（見圖2），梁高2.8 m，寬37 m。主跨索距6 m，邊跨索距4.4 m，每對拉索處設置橫隔板。箱梁端橫梁厚1.5 m，中橫梁厚3 m，中橫梁下設縱向固定支座與索塔相連。

索塔采用異型索塔，順橋向呈Y字形（見圖3），橫橋向呈人字形（見圖4），索塔總高106.55 m，其中橋面以上高95.08 m。塔底順橋向為8 m，橫橋向為5.468 m，上塔柱為2.6 m×3.8 m。斜拉索錨固區采用鋼混凝土結合的錨箱結構。

圖2 主橋標準斷面圖（單位：m）

圖3 主橋索塔立面圖（單位：m）

圖4 主橋索塔側面圖（單位：m）

由于東岸地層均勻，受力特性較好，主橋索塔基礎采用擴大基礎的結構形式，混凝土標號為C30。擴大基礎分上下兩層，上層承臺縱橋向寬19 m，橫橋向長54.9 m，高3.5 m，下層承臺縱橋向寬19.6 m，橫橋向長56.9 m，高3.5 m。承臺底面設置18個2 m×2 m的抗滑齒塊。擴大基礎基底落在巖面較完整的中風化花崗巖上。

4 設計難點及處理方法

4.1 主橋抗震設計

根據該橋《地勘報告》及《地震安全性評價報告》可知，橋址位于地震斷裂帶上，西岸為斷裂帶上盤，巖層地質條件較差，東岸為斷裂帶上盤，巖層均勻，力學性能較佳。

設計中根據《公路橋梁抗震設計細則》（JTG/T B02-01-2008）[1]第4.1.9條規定，當符合下列條件之一時，可不考慮發震斷裂錯動對橋梁的影響：（1）抗震設防烈度小于8度；（2）非全新世活動斷裂；（3）抗震設防烈度為8度和9度時，前第四紀基巖隱伏斷裂的土層覆蓋厚度分別大于60 m和90 m。該橋橋址處新泰-蒙陰斷裂為“早、中更新世活動斷裂”，場地附近的斷裂均不是全新世活動斷裂。同時，新泰地區抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10 g。因此，該橋橋位完全滿足《公路橋梁抗震設計細則》（JTG/T B02-01-2008）“可不考慮發震斷裂錯動對橋梁的影響”的各項條件，故無需考慮場地斷裂錯動對橋梁的影響，根據地質條件確保橋梁基礎承載力和沉降滿足規范要求即可。

在設計過程中，將原初步設計設置在東周河西側、距斷裂帶最近的主塔移到地質條件好的東側。通過這一避讓措施優化橋梁總體布置后，不僅使橋梁基礎避開了地質條件較差的斷裂帶，改善了基礎的設計條件，同時也能節省造價，方便施工，縮短工期。

為了保證橋梁運營中的安全性，對于主橋抗震性能進行了專項研究。根據抗震研究結論，主橋自重較大，加速度峰值較高，反應譜計算得到的地震響應很大，很多截面驗算無法通過，因此需要在支座位置采用一定的減隔震措施，減小地震作用效應。非線性時程分析結果驗算表明，在設置彈塑性阻尼裝置和適當增加配筋后，所有墩、塔和樁截面均滿足要求。

施工過程中，根據現場開挖可知，索塔塔底巖層情況與地質勘探基本符合，經過抗震研究組復核后，索塔地基巖層滿足設計要求。

4.2 異型塔索區拉桿設計

根據建筑景觀效果，主橋索塔為異型塔，順橋向上部兩個塔柱分離呈Y字型，兩側斜拉索分別錨固在分離的兩個塔柱上，兩個塔柱之間僅依靠9根拉桿連接。斜拉橋的受力特點在于通過斜拉索將主梁以及活載的力轉化為索塔的豎向壓力，而索塔斜拉索錨固區是受力關鍵點，在錨固區采用分離式塔柱對于拉桿的設計是該橋設計的一個難點。

該橋上塔柱斜拉索錨固區混凝土形成U字形結構，塔柱中間采用鋼混凝土結合的鋼錨箱結構，鋼結構和混凝土之間通過剪力釘及PBL剪力鍵的傳力方式連接。左右分離的塔柱間采用9道2 m高的鋼拉桿連接，抵抗斜拉索的拉力。鋼拉桿左右兩側澆筑60 cm厚的混凝土并張拉φ32精軋螺紋鋼筋。拉索錨固區塔柱內橫橋向布置φ32精軋螺紋預應力鋼筋，形成“#”字形布置。

設計中采用大型有限元分析程序ANSYS，建立空間板殼實體有限元模型進行計算分析[2-5]。主橋索塔的有限元模型如圖5。

由空間實體模型計算結果可以得到以下結論：

（1）索塔錨固段鋼錨箱端板Von Mises應力極值為166 MPa，側面拉板的Von Mises應力極值為80.8 MPa，均在鋼材允許應力210 MPa以下，滿足規范要求，構件具有足夠的強度。

（2）索塔混凝土順橋向拉應力極值為0.54 MPa，橫橋向拉應力極值為1.60 MPa，豎向拉應力極值為0.42 MPa，主拉應力極值為1.14 MPa，主壓應力極值為-14.9MPa，均滿足規范要求。

圖5 主橋索塔有限元計算模型

5 結語

新泰青龍路橋為采用空間異型索塔斜拉橋，設計過程中在橋梁總體布置、基礎抗震設計、索塔受力等關鍵技術上作了一些研究和探索，并取得了預期的效果，對今后類似橋梁結構設計具有一定的技術借鑒作用。

[1]JTG/T B02-01-2008，公路橋梁抗震設計細則［S］.

[2]范力礎.橋梁工程［M］.北京：人民交通出版社，1996.

[3]項海帆.高等橋梁理論［M］.北京：人民交通出版社，2001.

[4]JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.

[5]JTG D60—2004，公路橋涵設計通用規范［S］.