西溪河特大橋主橋設計

萬　麟　陳冠樺

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司　貴陽　550081)

西溪河特大橋主橋設計

萬麟陳冠樺

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司貴陽550081)

摘要大跨、多跨連續剛構橋梁在山區公路中屬于常見類型，文中以已建成通車的貴州省黔西至大方高速公路西溪河特大橋為實例，對橋梁進行總體介紹，對上下部結構尺寸的擬定、三向預應力鋼束的設置、結構計算數值分析等方面進行研究，其結果均能滿足設計及使用要求，其結構形式及構造具有山區公路的普遍性和代表性。

關鍵詞連續剛構高墩大跨多跨

1工程概況

西溪河特大橋橋區位于黔西縣境內，黔西岸有鄉村道路通過，交通方便，另一側大方岸無道路通過，交通不便。場區地處貴州西部高原，地貌類型屬低中山巖溶峰叢谷地地貌。橋位橫跨西溪河河谷，河谷兩岸中下部較陡，呈“U”形，坡角約75°，呈陡崖狀，上部屬中坡地段，坡角約25°，引橋段屬緩坡，局部橫坡較陡。橋位所跨地段地形標高介于1 148～1 458.50 m，相對高差310.50 m。

左幅起訖樁號為ZK22+672.200～ZK23+951.800，全長1 279.6 m；右幅起訖樁號為YK22+638.495～YK23+954.095，全長1 315.60 m。上部結構：左幅橋7×40 m先簡支后連續箱梁+101 m+2×190 m+101 m預應力混凝土連續剛構+10×40 m先簡支后連續箱梁，右幅橋8×40 m先簡支后連續箱梁+101 m+2×190 m+101 m預應力混凝土連續剛構+10×40 m先簡支后連續箱梁。主橋布置見圖1。

圖1　主橋橋型布置圖(單位：cm)

1.1　主橋上部結構

上部箱梁為變截面單箱單室斷面，箱頂寬11.25 m，底寬6.5 m。箱梁頂面設單向2.0%的橫坡。

箱梁高度：0號梁段梁高為11.6 m，現澆段和合龍段梁高均為4.2 ，其間梁底下緣曲線按1.8次方拋物線變化。箱梁截面頂板跨中厚度： 0號梁段為55 cm，1號梁段由88.3 cm漸變為30 cm，2號～23號段梁段為30 cm，邊跨合龍梁段及現澆段由30 cm直線漸變為120 cm，梁端支承段為120 cm，中跨合龍梁段為30 cm。箱梁底板厚度：0號梁段墩身范圍為150 cm，中跨合龍段為32 cm，邊跨合龍段由32 cm漸變至51.2 cm，邊跨現澆段由51.2 cm漸變至80 cm，現澆梁端支承段為80 cm，根部至合龍段底板厚度按1.8次方拋物線由130 cm漸變至32 cm。箱梁腹板厚：墩身范圍內的0號梁段為90 cm，1號梁段由80漸變為70 cm，2～9號梁段為70 cm，10號梁段由70 cm漸變為60 cm，11號～22號梁段為60 cm，邊跨合龍段由60 cm漸變為84 cm，現澆段由84 cm漸變至120 cm，梁端現澆段為120 cm，中跨合龍段為60 cm，漸變均按直線變化。在每個0號梁段對應單肢墩壁設有2道橫隔板(梁)，在邊跨箱梁兩端支承處也各設1道橫隔板(梁)，橫隔板上均設有人洞。在13號梁段中部設置1道體外預應力轉向塊，在邊跨22號梁段設置體外束錨固塊。

1.2　下部結構及基礎

主墩墩高分別為91，118，118 m，過渡墩墩高分別為71，77 m。

91 m主墩縱向由雙肢薄壁墩組成，薄壁墩為矩形空心截面，橫橋向8.5 m，順橋向3.2 m，2片墩間凈距為6.6 m，橋墩雙肢薄壁墩之間設1道臨時系梁，墩身上部端與箱梁0號梁段固接，下部端與承臺固接。

118 m主墩縱向上部80 m范圍內由2片薄壁墩組成，下部由2片薄壁墩連接組合成整箱式；上部每片薄壁墩采用箱型截面，橫橋向8.5 m，順橋向3.2 m，2片墩間凈距為6.6 m，下部整箱橫橋向8.5米，順橋向13 m。墩身上部端與箱梁0號梁段固接，下部端與承臺固接。

過渡墩為單箱單室箱墩，縱橋向寬4.5 m，橫橋向寬7 m。

主墩承臺采用20.8 m×23.8 m×6 m矩形承臺，過渡墩承臺采用8.8 m×11.4 m×4 m矩形承臺。

主墩樁基均采用16根直徑為2.3 m鉆孔樁，過渡墩樁基單幅橋采用6根直徑為1.8 m樁基，所有樁基按嵌巖樁設計。

1.3　預應力鋼束布置

縱向預應力。縱向預應力鋼束分為頂板束(T束)、腹板下彎束(W束)、中跨底板束(DZ束)、邊跨底板束(DB束)、合龍段頂板合龍束(邊跨LB束、中跨LZ束)及預留束(Y束、DBY束、DZY束)6類。縱向預應力采用公稱直徑15.20 mm的預應力鋼絞線。全橋縱向鋼束腹板W鋼束采用Φs15-25預應力鋼束，頂板T束T01～T12及邊跨合龍鋼束LB03采用Φs15-25預應力鋼束，頂板T束T13～T21、底板DZ束及DB束、中跨合龍束LZ01及邊跨合龍束LB01～LB02采用Φs15-19預應力鋼束。全橋腹板W束及頂板T束張拉控制應力均采用σcon=0.75，fpk=1 395 MPa外，其余鋼束采用σcon=0.73，fpk=1 357.8 MPa。全部縱向鋼束均采用兩端張拉，張拉時采用雙控。

橫向預應力。采用公稱直徑15.20 mm的預應力鋼絞線，每束2股鋼絞線，采用BM15-2扁錨體系。設計張拉噸位354.1 kN，采用一端張拉方式，張拉端與錨固端交錯布置。

豎向預應力。除1號～13號梁段采用每束4-15.20鋼絞線外，其余梁段及0號梁段橫墻橫向預應力采用3-15.20鋼絞線。張拉控制應力σcon=0.73fpk。

2橋梁結構力分析

2.1

主橋縱向結構受力分析采用平面桿系，主梁離散為平面全預應力梁單元，計算程序采用橋梁博士V3.2.0，單元數為344，節點數為331，計算模型見圖2。

圖2　主橋計算模型

2.2　計算參數

(1) 結構永久荷載包括混凝土結構自重、混凝土收縮徐變、預加力等。結構自重按實際斷面尺寸計算，主梁和橋墩混凝土容重按26 kN/m3取值。橋面現澆層混凝土容重按26 kN/m3取值，防撞護欄容重按25 kN/m3取值，瀝青混凝土按24 kN/m3取值。

基礎沉降差異。按1 cm進行計算。

(2) 可變荷載包括汽車荷載、溫度荷載、風荷載等。

汽車荷載。按公路-I，2車道計算，計入橫向偏載、沖擊、車道折減等影響。

溫度荷載。設計合龍溫度10～15 ℃，整體溫升25 ℃，整體降溫-25 ℃，結構溫度梯度按箱梁頂面日照正溫差t1=14 ℃，t2=5.5 ℃，日照負溫差t1=-7 ℃，t2=-2.75 ℃計算。

風荷載。根據橋址區，按規范取設計基本風速v0=25.8 m/s，施工階段和運營階段風荷載作用效應按《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60-2004)[1]計算。在運營階段與汽車荷載組合時，風荷載計算按橋面風速25 m/s反算。

2.3　預應力鋼筋

錨具變形與鋼束回縮值(一端)：ΔL=6 mm，管道摩阻系數：μ=0.17，管道偏差系數：k=0.001 5，收縮徐變參數按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62-2004)[2]取值。

2.4　計算結果

綜合考慮短暫狀況與持久狀況時的各種工況，包括自重、施工荷載、預應力、預應力二次力、收縮徐變次內力、非線性溫差、整體溫差、活載、基

礎變位等，對箱梁施工、使用階段各截面內力、應力、位移進行計算分析，并按規范進行驗算。計算運營階段時考慮了4組溫度變化、4組強迫位移、2組制動力及2組順橋向風力，計算過程中按不利組合的原則進行荷載組合。主要計算結論如下。

(1) 持久狀況承載能力極限狀態滿足規范[2]要求。

(2) 箱梁持久狀況正常使用極限狀態正截面抗裂、斜截面抗裂計算，作用短期效應組合時，墩頂附近箱梁上緣正截面最小壓應力為0.5 MPa，跨中下緣正截面最小壓應力2.0 MPa，箱梁斜截面混凝土最大主拉應力-0.95 MPa(未考慮豎向預應力影響)，滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》[2]第6.3.1條規定要求。

(3) 箱梁使用階段跨中撓度滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》第6.5.3條規定[2]。

(4) 箱梁持久狀況預應力混凝土構件正截面壓應力及主壓應力為17.6 MPa、預應力鋼束的拉應力小于1 209 MPa，滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》第7.1.5～7.1.6條規定要求。

(5) 短暫狀況構件應力計算，箱梁及橋墩滿足規范要求[2]。

(6) 高墩穩定分析。本橋主墩最高為118 m，高墩穩定分析包括高墩整體屈曲穩定和薄壁局部屈曲穩定，以及風振對施工及運營階段安全性的影響等。計算結果表明：本橋具有較高的安全度。

3結語

西溪河特大橋2014年9月建成通車，施工監控及檢測表明，橋梁各個施工階段及運營狀態應力水平及位移均控制在設計及規范范圍內，橋梁竣工后的橋梁線形與設計吻合較好，可為大跨高墩和多跨連續剛構橋梁設計及施工提供參考。

參考文獻

[1]JTG D60-2004公路橋涵設計通用規范[S].北京:人民交通出版社,2004.

[2]JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].北京:人民交通出版社,2004.

Seismic Mitigation and Isolation Analysis of Tri-tower

Earth-anchored Suspension Bridge

LuoXiaoyuan,ZhangZhongliang,LiuYue,YanXiaoyun

(China Northwest Municipal Engineering Design and Research Institute Co.,Ltd., Wuhan 430056, China)

Abstract：In order to determine the effective seismic mitigation and isolation measure for tri-tower earth-anchored suspension bridge, the structure dynamic characteristics and seismic response was analyzed for fixed system and floating system using nonlinear time-history analysis method. Viscous fluid damper and isolation bearing were used for the research on longitudinal and transverse seismic mitigation and isolation. We analyzed the effects. The analysis results show that viscous fluid dampers and isolation bearings can effectively reduce the displacement of key parts and internal force of the tower bottom. The lead rubber isolation bearing as seismic mitigation and isolation deviceused in the Chao-he Bridge is more reasonable through the comparative analysis.

Key words:tri-tower earth-anchored suspension bridge; seismic response; viscous fluid damper; lead rubber bearing; hysteresis curve

收稿日期：2015-05-30

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.05.004