臨汾市乾峰大橋主橋總體設計

繆 俊

[同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海市200092]

1 概 述

乾峰大橋位于山西省臨汾市洪洞縣老城區與河西新區的交界處，橫跨汾河，是連接洪洞縣新老城區的主要交通干道。

本工程擬建的乾峰大橋東西兩側與玉峰西街相連，道路等級為城市主干路，位于洪洞縣城市中軸線上，地理位置突出，是規劃城市東西向發展軸。玉峰大街是主城區東西向重要干道，是未來汾河上溝通老城區與河西新區的重要通道。乾峰大橋的建設是適應當前和今后新的交通需求，完善交通功能的需要；是完善整個交通網絡，改善城市交通狀況的重要環節。玉峰大街東西向連通對塑造洪洞城市形象、完善城市配套設施、提高城市功能有著重要作用。

乾峰大橋總體線位呈東西走向，西起乾峰大街，向東依次跨越濱河西路、引河、汾河濕地公園、汾河后，東至濱河東路。

乾峰大橋橋梁段全長729 m，其中引橋長459 m，主橋長270 m。主橋跨徑布置：37.5 m+3×65 m +37.5 m =270.0 m，寬度40.5 m，分幅設計。

2 建設條件

2.1 水文與地質條件

洪洞縣屬溫帶大陸性季風氣侯，春季干旱多風，夏季炎熱多雨，秋季涼爽晴朗，冬季綿長寒冷。

橋址汾河河道為修建濕地公園時經人工改造，河道規整、順直，水深約3 m，水面寬220 m；汾河引水渠位于汾河主河道西側，水面寬約60 m，水深約1 m。

經鉆探揭示，橋址地層主要由第四系全新統（Q4me）人工填土、（Q4al）沖積物（粉土、卵石、粉質黏土）、上更新統（Q3al）沖積物（卵石土，局部夾細砂）及中更新統（Q2al+pl）沖洪積物（粉質黏土、細砂及卵石）組成。

2.2 設計標準

（1）道路等級：城市主干道。

（2）設計荷載：汽車城-A 級，人群荷載、非機動車荷載按《城市橋梁設計規范》（CJJ 11—2011）（2019年局部修訂版）取用。

（3）設計車速：50 km/h。

（4）防洪標準：100 a 一遇洪水位443.898 m。

（5）通航標準：無。

（6）抗震設防要求：地震基本烈度為8 度，地震動峰值加速度為0.30g。

（7）橋梁護欄防撞等級：SB、SBm。

3 主橋設計

3.1 橋型及總體布置

乾峰大橋主橋為37.5 m +3×65 m +37.5 m 的預應力混凝土變高連續梁[1-2]，邊中跨比為0.577，全長270 m。

主橋標準斷面按分幅式橫斷面布置，橋面寬度布置為：3.5 m（人行道）+4.5 m（非機動車道）+0.5 m（側防撞護欄）+11.5 m（機動車道）+0.5 m（中央防撞欄）+11.5 m（機動車道）+0.5 m（側防撞護欄）+4.5 m（非機動車道）+3.5 m（人行道）=40.5 m。

乾峰大橋主橋立面圖、平面圖見圖1、圖2。

圖1 乾峰大橋主橋立面圖（單位：m）

圖2 乾峰大橋主橋平面圖（單位：m）

3.2 主橋上部結構

乾峰大橋主橋采用現澆變高度預應力混凝土連續箱梁，縱橫梁均按預應力混凝土A 類構件設計。乾峰大橋主橋主梁采用直腹板單箱4 室箱型斷面，頂板寬20.24 m，底板寬14.74 m，懸臂長度外側為3 m，內側為2.5 m。梁底采用拋物線線形，拋物線方程為：Y=[3 000/（-29 8682）]×X2；中支點梁高5 m，邊支點粱高2 m，跨中梁高1.8 m。

乾峰大橋主橋主梁采用C50 混凝土，頂板厚度220 mm，底板厚度220 mm，跨中截面腹板厚度450 mm。邊橫梁厚度1.6 m，中橫梁厚度2.5 m。

乾峰大橋主橋為2 幅布置形式，中間設20 mm離縫。

乾峰大橋主梁橫斷面圖見圖3。

圖3 乾峰大橋主梁橫斷面圖（單位：m）

3.3 主橋下部結構

乾峰大橋主橋橋墩采用板式墩，墩柱為14.0 m×2.5 m 平行四邊形斷面。八邊形承臺，厚2.5 m；承臺下設12 根φ1 500 鉆孔灌注樁基礎。樁長56 m，樁尖持力層為③-5卵石層。

QA20 臺橋臺采用重力式橋臺，承臺厚1.8 m；每個橋臺下布置10 根φ1 200 鉆孔灌注樁基礎。樁長42 m，樁尖持力層為③-4粉質黏土層。

裝飾塔基礎采用承臺+ 樁基礎形式，采用直徑φ1.5 鉆孔灌注樁，樁長42 m，樁尖持力層為③-4粉質黏土層。

3.4 主橋抗震設計

3.4.1 計算內容

基于該橋的特點，開展如下主要抗震計算內容：

（1）建立結構的三維空間動力有限元分析模型，并考慮相鄰邊界的影響和樁基礎等因素的影響，正確反映結構的特點以及支座連接特點等耦合影響，本橋擬采用阻尼器來增強橋梁結構的抗震性能。

（2）計算和分析橋梁結構的動力特性。

（3）根據《城市橋梁抗震設計規范》（CJJ 166—2011）第9.1.2 條中“采用減隔震設計的橋梁可只進行E2 地震作用下的抗震設計和驗算”，故只進行E2地震輸入的抗震分析，對E2 地震作用下墩、樁的內力進行驗算。

（4）對橋梁結構的抗震安全性作出評價，提出抗震研究的結論。

3.4.2 設防水準

依據《城市橋梁抗震設計規范》規定，本橋抗震設防分類為乙類，場地類型為III 類，分區特征周期為0.4 s。E2 地震驗算時特征周期需增加0.05 s，地震基本烈度為8 度，地震動峰值加速度0.30g。

3.4.3 反應譜

由于未得到工程場地的地震安評報告，因此采用《城市橋梁抗震設計規范》中5.2.1 規定的設計加速度反應譜。水平向設計加速度反應譜S（如圖4 所示）可由公式（1）確定：

圖4 水平向設計加速度反應譜

式中：Smax=2.25A，A 為E1 或E2 地震作用下水平向地震動峰值加速度，按本規范第3.2.2 條取值；T 為結構自震周期，s；Tg為特征周期，s；η1為直線下降段調整系數；η2為阻尼比調整系數；γ 為曲線下降段衰減系數。

3.4.4 時程

根據水平向設計加速度反應譜，擬合E2 水準下3 條水平向加速度時程曲線，見圖5。

圖5 E2 水準下3 條水平向加速度時程曲線

3.4.5 動力分析模型

為了能正確分析橋梁的抗震性能，動力分析模型采用Midas /Civil 2020 三維空間有限元分析模型。本橋采用減隔震設計。

橋梁結構的動力計算模型見圖6，樁基礎采用等效的土彈簧單元來模擬土- 樁基礎的相互作用。減隔震支座采用非線性支座單元（一般鏈接滯后系統）進行模擬，阻尼器采用黏彈性消能器進行模擬，反應譜分析時假定支座為線性，非線性時程分析時支座采用非線性單元模擬，以考慮支座的摩擦耗能作用。

圖6 橋梁動力計算模型

3.4.6 動力特性

根據建立的動力計算模型，對該橋進行結構動力特性的分析，主要是了解結構的動力響應特性。結構動力特性分析中的特征方程求解采用子空間迭代法。結構動力特性表見表1。

表1 結構動力特性表

3.5 主橋裝飾塔設計[3]

3.5.1 主橋裝飾立面布置圖

乾峰大橋主橋主跨裝飾立面布置圖見圖7。

圖7 乾峰大橋主橋主跨裝飾立面布置圖（單位：m）

3.5.2 裝飾主要材料

（1）橋梁QP14～QA20 墩之間橋梁主梁外立面、拱圈拱肋、裝飾塔立面采用黃金麻花崗巖。

（2）干掛用鋼龍骨采用#10 熱鍍鋅槽鋼或80 mm×50 mm×5 mm 矩形管、L50 mm×50 mm×5 mm 熱鍍鋅角鋼；石材膠采用優質耐候硅酮密封膠。石材掛件規格為SE 鋁合金掛件和背栓式鋁合金掛件。龍骨的拼接方式由裝飾施工單位根據現場需求進行深化設計及安裝。要求主要龍骨均采用栓接。

（3）鋼材采用優質Q235B 鋼,需焊接的鋼轉接件等采用Q235B 鋼。鋼件表面采用熱浸鍍鋅防腐措施。不銹鋼螺栓采用奧氏體不銹鋼A2-70。

（4）裝飾塔燈飾采用預制鋁燈飾成品，由具有相應資質的廠商二次深化設計。

3.5.3 主橋主塔裝飾圖

乾峰大橋主橋主塔裝飾圖見圖8。

圖8 乾峰大橋主橋主塔裝飾圖（單位：mm）

4 結 語

（1）介紹了乾峰大橋主橋總體布置、上部構造、下部構造、抗震計算、裝飾塔設計。主橋所選用的多跨變高預應力混凝土連續梁具有整體受力性能好、變形小、造型優美、施工方便、養護工作量少等特點。

（2）乾峰大橋主橋作為一座橫跨汾河的景觀橋梁，在總體設計時，最終選擇了與景觀效果相協調的多跨變高預應力混凝土連續梁，在主墩處設置具有洪洞當地文化的裝飾塔，整體造型優美，氣勢磅礴。這種采用常規連續梁橋型與裝飾相結合的設計思路在滿足傳統橋梁設計要求的基礎上，又能滿足越來越高的景觀橋梁需求，可為后續其他項目的設計提供經驗參考。