淺談可克達拉斜拉橋設計與分析

范洪貴 楊江

摘 要：本項目主橋采用37+103+320+103+37米預應力混凝土斜拉橋，引橋為2×（3×40）+5×（4×40）+（3×40）米預應力砼先簡支后連續T梁，橋梁全長1767米。主橋橋梁跨徑較大，施工難度較高，施工工期較長，是本項目的重點及難點。

關鍵詞：斜拉橋；箱梁；斜拉索；索塔

中圖分類號： U441 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）21-100-2

1 主要技術標準

設計荷載：公路-Ⅰ級。

地震動峰值加速度：0.15g。

設計洪水頻率：特大橋1/300。

橋梁寬度：主橋：（1.5m（錨索區）+2.5m（人行道）+0.5m（防撞護欄）+11m（車行道）+0.5m（防撞護欄）+0.25（中央分隔帶））×2=32.5m；設計基本風速：34.9m/s（百年一遇）

2 主要材料及其參數

主梁采用C55混凝土，主塔塔身及塔座采用C50混凝土，主塔承臺采用C40混凝土，樁基采用C30混凝土，斜拉索采用高強度環氧平行鋼絲（斜拉索）型號為：PES7-187、PES7-223、PES7-253、PES7-283、PES7-301。

3 設計要點

主梁采用預應力砼分離式雙邊箱斷面，箱梁全寬3290厘米（含每側20cm風嘴），主梁中心梁高300厘米，頂板厚28厘米；標準梁段的底板厚35厘米，斜腹板厚25厘米，豎腹板厚35厘米；0號塊底板加厚為65厘米；邊跨現澆段采用單箱三室斷面，底板厚70厘米，斜腹板厚45厘米，豎腹板厚35厘米，箱梁內填筑壓重。主梁頂板設置1.5%的雙向橫坡，底板水平設置。主梁從索塔處開始分塊，0號塊長為14米；主梁標準塊件長度為8米，標準節段重約516噸；每節段在距離施工縫76厘米處設置一道厚32厘米的橫隔板；梁端、輔助墩及索塔處各設一道橫隔梁，其厚度分別為300厘米，200厘米，300厘米；主梁采用預應力混凝土結構，按全預應力砼構件設計。

索塔采用雙柱式變截面“H”形索塔，由上塔柱、中塔柱、下塔柱及橫梁組成，塔高為107.5米。塔柱及橫梁采用空心薄壁截面。上塔柱順橋向寬度8.0米，中塔柱、下塔柱順橋向寬度由8.0米漸變至塔底的10.0米，上塔柱及中塔柱橫橋向寬度4.5米，下塔柱橫向寬度由4.5米漸變至塔底的7.0米。其中上塔柱為斜拉索錨固區，索塔斜拉索錨固采用鋼錨梁，為設置鋼錨梁需要在順橋向塔壁內側設置牛腿。塔間設上橫梁、中橫梁及下橫梁，上橫梁高度為4.0米，寬度8米，中橫梁高度為4～5米，寬度為7米，下橫梁高度為5.0米，寬度為7米，壁厚為80厘米。

斜拉索采用扇形布置，順橋向標準間距8米，邊跨加密段為3.5米及4米。塔上間距分別為2.4米、2.6米及 2.8米。

橋塔承臺平面尺寸為16.5×22.75米，厚度為6米，承臺封底混凝土厚2.0米；每個承臺下接12根直徑2.5米的鉆孔灌注樁，樁基均按摩擦樁設計，鉆孔灌注樁基礎。

4 主橋結構分析

一期恒載包括：箱梁、橫梁、斜拉索及索塔等材料重量。混凝土主梁及索塔容重26kN/m3，梁、塔按實際斷面計取重量。主梁橫隔板按集中力計入。二期恒載包括護欄、橋面鋪裝及人行道按照122.0kN/m計，施工掛籃采用前支點掛籃，掛籃重量取為2200kN，邊跨現澆段箱梁每個腔室內壓重75.2t/m。活載采用汽車荷載6車道加載時的橫向折減系數0.55，汽車荷載對計算跨徑的縱向長度折減系數0.97，采用平面結構程序進行總體計算時，汽車荷載偏載增大系數取1.15，考慮活載的剪力滯后效應，活載效應考慮提高10%，沖擊系數取為1.05。活載橫向分布系數=6×0.55×1.15×0.97×1.1=4.049，汽車制動力：制動力的著力點在橋面上，其值按橋規規定的方法計算。溫度力：體系升溫25℃，體系降溫-38℃。主梁頂底板溫差±5℃斜拉索與混凝土主梁、索塔間的溫差±15℃；塔身左、右側溫差±5℃。基礎沉降主墩取2cm，輔助墩和過渡墩5mm。

針對斜拉橋的特殊性，參考JTG-TD65-01-2007《公路斜拉橋設計細則》，本橋采用荷載組合Ⅰ：恒載+汽車；荷載組合Ⅱ：恒載+汽車+體系升溫+正溫差；荷載組合Ⅲ：恒載+汽車+體系降溫+負溫差；荷載組合Ⅴ：恒載+汽車+體系降溫+正溫差；荷載組合Ⅵ：恒載+汽車+體系升溫+正溫差+風荷載+基礎沉降；荷載組合Ⅶ：恒載+汽車+體系降溫+負溫差+風荷載+基礎沉降；荷載組合Ⅷ：恒載+汽車+體系降溫+正溫差+風荷載+基礎沉降。

總體靜力計算采用平面桿系分析程序《橋梁博士3.2》，以主梁橋軸線為基準劃分結構離散圖。梁塔為平面梁單元，斜拉索為平面桿單元。總體計算根據橋梁施工流程劃分結構計算階段，根據荷載組合要求的內容進行內力、應力計算，驗算結構在施工階段、運營階段內力、應力及整體剛度是否符合規范要求。

5 計算結果

5.1 主梁極限承載力

不計入箱梁普通鋼筋，主梁各斷面在各種荷載組合下截面抗力和最大組合彎矩主梁抗彎承載能力均滿足要求。

5.2 主梁抗裂驗算

抗裂驗算分為正截面和斜截面抗裂驗算。

5.2.1 主梁正截面抗裂驗算

規范規定：對于全預應力混凝土構件，在作用短期效應組合下，分段澆注的混凝土受彎構件不允許出現拉應力。從圖3中可看出，主梁正截面抗裂滿足規范要求。

5.2.2 主梁斜截面抗裂驗算

本橋主梁在短期荷載效應下，計入溫度力效應后，斜截面抗裂驗算應力圖見圖4。

規范規定對于現澆全預應力混凝土構件，在荷載短期效應組合下σtp≤0.4ftk=0.4×2.85=1.14MPa，從圖中可看出，在短期效應組合下，斜截面出現的最大拉應力為0.3MPa，滿足規范要求。

5.3 主梁應力驗算

5.3.1 主梁正應力

計算表明主梁最大壓應力為18.5MPa，出現在中跨跨中下緣，最大壓應力均滿足規范要求。

成橋階段：上鋪裝階段主梁最大壓應力為15.0MPa，出現在中跨跨中上下緣。

使用階段：荷載組合3時，主梁最大壓應力為17.0MPa，出現在中跨跨中上緣。主梁應力滿足規范要求。

施工階段規范允許值σtcc≤0.70fck=0.70×35.5=24.85MPa因此施工階段主梁最大壓應力、拉應力均能滿足規范要求。

使用階段規范允許值：受壓區混凝土最大壓應力σkc+σpt≤0.5fck=0.5×35.5=17.75MPa

使用階段主梁最大壓應力小于規范值，滿足規范要求。

5.3.2 主梁主應力

主梁最大主壓應力為17.0MPa，發生在中跨跨中上緣。規范允許值σcp≤0.6fck=0.6×35.5=21.3MPa

使用階段主梁最大主壓應力小于規范值，滿足規范要求。

5.4 斜拉索安全驗算

根據《公路斜拉橋設計細則》（JTG/T D65-01-2007）規定，施工階段斜拉索的安全系數不應小于2.0，運營階段斜拉索的安全系數不應小于2.5，斜拉索的應力狀態均滿足規范要求。

6 結束語

斜拉橋是適用于跨徑200～500米之間的橋梁結構形式，跨徑小于200米時采用預應力混凝土橋經濟，跨徑大于500米時候則以鋼懸索橋為經濟，實踐的發展證明了斜拉橋不僅適用于中小跨徑橋梁，對于跨徑1000米以上的大跨徑橋也極具競爭力。

參 考 文 獻

[1] 公路斜拉橋設計細則 JTG-TD65-01-2007.

[2] 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范 JTG-D62-2004.