晉城市文博路60+100+100+60m剛構-連續橋的設計

李 杰 黃 波

（中國市政工程西北設計研究院有限公司 成都分公司 610031）

1 工程概況

根據《晉城市城市總體規劃（2008-2020年）》，文博路位于主城區，是晉城規劃路網區域骨架“二環、四射、六橫、七縱”的七縱之一，是城市的主干道；同時市級主要文化設施相對集中布局在主城區文博路一線，形成市級文化中心。文博路兩側的綠化和水庫規劃定位為城市公園。

本橋位于山西省晉城市文博路，起于北環路，止于迎賓路，全長5205米，道路紅線規劃寬度60米。文博路北段位于晉城市主城區東北部，是城市總體規劃中確定的六橫七縱路網中的一條南北向交通性主干道。該道路上跨花園頭水庫，需設橋梁一座，由于考慮到城市的景觀要求，橋梁在設計時應綜合考慮美觀性。

2 工程設計標準

道路等級：城市主干道。設計速度：40km/h。設計年限：橋梁設計基準期100年；主體結構設計使用年限100年。安全等級：一級。設計荷載：橋梁：城-A級，人群荷載：4.0kN/m2。橋梁橫坡：車行道雙向1.5%，人行道單向2%。抗震：基本烈度6度，地震動峰值加速度0.05g，抗震設防分類：丙類，抗震設防烈度7度。橋梁全寬54米，引橋分為左、中、右三幅橋，橫斷面布置：3米人行道+6米非機動車道+3.5米機非隔離帶+14.5米快車道+14.5米快車道+3.5米機非隔離帶+6米非機動車道+3米人行道=54米。環境類別：主體結構I類環境；地下結構II類環境。設計水位：花園頭水庫蓄水位：712.07m。

3 總體設計

本次設計橋梁起止點里程：K0+244.93～K0+575.07，橋梁全長330.14m，跨徑布置為60+2×100+60m＝320m，橋梁全寬54m，分左、中、右三幅橋，橫斷面布置為3.0m（人行道）+6m（慢車道）+3.5m（機非隔離帶）+14m（快車道）+0.5m（防撞欄桿）+14m（快車道）+3.5m（機非隔離帶）+6m（慢車道）+3.0m（人行道），左、右幅橋寬度均為12m，中幅主橋寬29.96m，與左、右幅橋之間設置2cm變形縫。

圖1 橋梁總體布置圖（單位：cm）

4 結構設計

4.1 上部結構

箱梁中支點梁高7.2m，端支點及跨中梁高2.5m，箱梁底板曲線為二次拋物線過渡，中跨、邊跨合攏段長2.0m，邊跨現澆段長8.88m。中幅梁體采用單箱三室結構，頂寬29.96m，底寬23.96m，懸臂長3m。左、右幅梁體采用單箱單室結構，頂寬12m，底寬6m，懸臂長3m，懸臂根部厚度0.6m，端部厚度0.2m。橋面橫坡通過梁頂面形成，底板水平。需注意梁體高度均指梁體中心高度。

箱梁0號塊為8m，懸臂澆筑段分為13個塊，節段劃分為：5x3m+4x3.5m+4x4m。兩側支架現澆段8.88m，中跨、邊跨合攏段均為2m。

箱梁上部結構采用三向預應力，按全預應力混凝土構件設計。箱梁縱向鋼束分為頂板束、底板束、腹板束以及備用束，采用大噸位群錨體系，鋼絞線采用φS15.24高強度低松弛鋼絞線，抗拉強度標準值為1860MPa，彈性模量為Ep=1.95×105MPa。

箱梁頂板橫向預應力鋼束采用 BM15-3 扁錨體系，鋼絞線采用φS15.24高強度低松弛鋼絞線，抗拉強度標準值為1860MPa，彈性模量為Ep=1.95×105MPa。左、右兩幅橋采用單端張拉，中幅橋采用兩端張拉。橫向預應力筋順橋向間距平均0.5m。

豎向預應力采用精軋螺紋鋼筋，軋絲錨具，頂端張拉錨在頂板頂面。豎向預應力筋順橋向間距平均50cm，支點附近橫向加密。

4.2 下部結構

下部結構橋墩采用鋼筋混凝土薄壁空心墩接承臺群樁基礎，橋墩橫橋向寬分別為6米、23.96米和6米，順橋向寬2.5米。承臺厚3.5m，樁基礎直徑1.8m，按摩擦樁設計。

下部結構橋臺均采用重力式U型橋臺接承臺群樁基礎。承臺厚2.5m，樁基礎直徑1.8m，按摩擦樁設計。

4.3 施工流程

上部結構梁體采用懸臂澆筑施工，0＃塊長8m，兩側懸臂共13個節段，分段長度3m～4m。

施工程序依次如下：①場地平整，橋區地基處理，筑島圍堰；②施工樁基礎和承臺結構；③施工橋墩結構；④在主墩上安裝墩旁托架，然后在墩頂及托架上立模現澆0、1號塊；⑤安裝掛藍，分段現澆箱梁節段，形成T構；⑥兩個邊墩墩梁均臨時固接，形成3個“T”構，采用掛籃懸臂澆筑施工，同時在兩個邊跨箱梁段用支架現澆施工；⑦合攏60m邊跨，形成2個單懸臂體系，邊孔在支架上合攏；⑧合攏2個中跨，完成全橋合攏；⑨最后施工橋面系和引道施工。

5 結構計算

5.1 計算理論和計算方法

構件縱向計算采用大型有限元軟件Midas Civil 2012，按全預應力構件進行計算。

（1）整體結構分析模型采用空間桿系有限元模型進行計算，所有構件均以梁單元進行模擬，各部位邊界條件根據結構的實際情況進行模擬。中幅橋和左、右幅橋均劃分為209個節點和184個單元；

圖2 全橋計算模型

（2）根據具體施工過程，劃分合理的施工階段；

（3）根據相關規范，對各項恒、活荷載進行組合，計算出單元在施工階段和使用階段下最不利的應力、內力和位移值，并驗算構件是否滿足規范要求。

5.2 荷載

梁體計算考慮的荷載包括：一期恒載、二期恒載、移動荷載、預應力效應、混凝土收縮徐變、支座不均勻沉降、非線性溫度效應和整體升降溫等。

一期恒載：預應力鋼筋混凝土的容重取26kN/m3，單元自重由程序自動計算；橫隔梁荷載以節點集中荷載加入。二期恒載：瀝青混凝土鋪裝的容重取24kN/m3，鋼筋混凝土鋪裝的容重取25kN/m3；欄桿及人行道系荷載按實際取值，在最后施工階段以永久荷載的形式加載。收縮、徐變：按成橋后3650天完成計算。溫度：非線性溫度效應按規范加載；整體升降溫按整體升溫20℃，整體降溫-20℃考慮。支座沉降：支座不均勻沉降按10mm計。汽車活載：城-A級，按最大雙向8車道加載并自動計算折減；人群荷載：4kpa。結構重要性系數：1.1。荷載組合：根據規范自動計入并進行結構驗算。錨具回縮變形值：兩端張拉12mm。

5.3 縱橋向計算結果（僅示意中幅）

由于結構關于中墩對稱，計算結果僅示意一半。如圖3～4所示，正常使用極限狀態下，主梁各單元正截面抗裂均為壓應力，滿足規范要求；斜截面抗裂最大拉應力為0.71MPa，滿足規范要求。

圖3 正截面抗裂驗算結果圖形

圖4 斜截面抗裂驗算結果圖形

如圖5～6所示，在正常使用極限狀態下，主梁各單元混凝土正截面法向壓應力最大為16.21MPa，滿足規范要求；混凝土斜截面主壓應力最大為12.2MPa，滿足規范要求。

圖5 正截面混凝土法向壓應力驗算結果圖形

圖6 斜截面混凝土的主壓應力驗算結果圖形

6 結構設計要點

6.1 剛構-連續體系的選取

本橋跨越花園頭水庫，橋下凈空較小，3個橋墩高度均不大，最高橋墩僅11m，若橋墩均采用墩梁固接，則溫度力、混凝土收縮徐變產生的次內力較大，結構受力較為不利。根據剛構-連續橋梁受力原理，采用剛構-連續體系，將2號墩固接，1號墩和3號墩放置支座。

由于懸臂施工過程中3個橋墩均需墩梁固接，故將1、3號墩進行臨時固接，墩梁結合處采用硫磺砂漿混凝土澆筑，共兩層硫磺砂漿，每層砂漿內預埋電阻絲。待1、3號墩相鄰邊跨合攏后，拆除臨時固接，先放松0#塊箱梁頂臨時錨固粗鋼筋，通電熔化硫磺砂漿，以達到解除臨時固接的目的。

6.2 合理的合攏順序設計

本橋有2個邊跨和2個中跨共計4個合攏段，通過對比計算，采用先合攏邊跨，并拆除邊跨橋墩臨時固接，再合攏中跨的順序，對結構受力更為有利。

7 結束語

（1）當橋墩較矮時，若橋墩全固接，溫度力、混凝土收縮徐變產生的次內力大，結構受力不利，此時可對結構體系進行優化，僅固接一個橋墩，采用剛構-連續體系，可大大減少由此產生的次內力。

（2）通過合攏段合攏順序的選擇，可優化結構受力。

（3）本橋于2013年年底開工建設，2015年年底建成通車。經過2年多的運營，橋梁結構狀況良好，達到設計的要求。