赤水河大橋總體設計及靜力分析

馮嘯天，高曉虎，黃燦

（中交第四航務工程局有限公司，廣東 廣州 510290）

1 工程概述

簡州新城方家林大道位于成都東部新區起步區，北起龍新大道，南至成龍簡快速匝道，雙向八車道，赤水河大橋分左、右兩幅，起點樁號為K0+785.3m，終點樁號為K0+974.7m，橋面總寬50m，單幅寬度為24.75m，橋位處基巖面有一定起伏。其中泥巖具球狀風化特性，是影響樁基礎的不利因素[1]。

2 設計指標

（1）道路等級為城市主干路。

（2）設計時速為60 公里/時。

（3）設計荷載：汽車荷載等級為城-A級；人群荷載：按照現行《城市橋梁設計規范》執行；人行道欄桿扶手上豎向荷載：1.2kN/m；水平向外荷載：2.5kN/m。

（4）設計基準期為100 年。

（5）設計使用年限：主體結構為100 年；附屬設施中可更換部件為15 年。

（6）設計安全等級為一級，其中結構重要性系數取1.1。

（7）橋面橫坡為車行道雙向1.5%，人行道單向2%。

（8）通航要求：無。

（9）設計洪水頻率：1/100。

（10）地震基本烈度：地勘報告揭示地區地震動峰值加速度值為0.1g，地震動反應譜特征周期為 0.45s。

（11）抗震設防標準：本橋為丙類橋梁，抗震設計方法為C 類；抗震措施按7 度設防，均依據現行《城市橋梁抗震設計規范》執行。

（12）管線荷載：本橋單幅管線荷載不大于5kN/m。

（13）橋面防水等級：Ⅰ級；

（14）防撞護欄等級：SA 級；

（15）本圖平面1980 西安坐標系、1985 國家高程基準。

3 總體設計

3.1 總體布置

本橋上跨赤水河無通航要求，從橋梁經濟性以及為了降低梁高以達到減少北岸平交口填方兩方面考慮，希望采用較小的主跨，但為配合片區總體景觀要求則希望有較大的橋跨，以利于橋梁造型，同時為了減少水中施工難度，也希望采用較大橋跨，以減少水中橋墩數量；綜合考慮后，結合業主要求，本項目布跨為（50+80+50）m，采用三跨變高度預應力混凝土現澆連續箱梁。

赤水河大橋橫向設置雙向8 車道，設計行車速度60km/h，單幅寬度為24.75m 具體布置為：3.0m（人行道）+6.5 m（輔道）+3.5m（綠化帶）+11.25m（機動車道）+0.5m（防撞墻）=24.75m。橋型布置見上圖：寸為7.4×4.0m，兩承臺用系梁相連，系梁為6.25×2.5m，基礎為直徑為2.0m 鉆孔灌注樁。

橋型布置圖

3.2 主梁設計

主梁為變高度預應力混凝土現澆連續箱梁，單箱三室直腹板斷面，單箱頂寬24.75m，底寬19.75m，翼緣板長2.5m。支點處梁高5.0m，高跨比1/16，跨中以及端部梁高2.2m，梁高從跨中至距主墩中心1.75m按2 次拋物線變化，底板下緣曲線可寫為方程式：Y=0.0019138 X2(m)。腹板變厚度80cm(支點)～45cm（跨中），底板厚度則按照2 次拋物線變化，底板變厚度55cm(支點)～25cm（跨中），底板厚度可寫為方程式：Y=0.0016791X2-0.25（m），頂板厚度25cm，懸臂板端部厚20cm，根部厚60cm。設支點橫隔梁，主墩頂處橫隔梁厚度350cm，兩側端橫梁厚度等于250cm，全橋其余部位均不再設橫隔梁，腹板上方間隔5m 設通10cm氣孔。

主橋采用縱向預應力體系，按全預應力混凝土構件計算，采用混凝土等級為C55。全橋縱向預應力鋼束采用φs15.2 的鋼絞線，為高強度低松弛鋼絞線，標準強度fpk 不低于1860MPa，縱向預應力管道采用塑料波紋管。鋼絞線應符合現行標準《預應力混凝土鋼絞線》，錨具采用符合現行標準《預應力筋用錨具、夾具和連接器》要求的錨具，塑料波紋管采用國現行標準《預應力混凝土橋梁用塑料波紋管》。縱向預應力鋼束采用平、豎彎相結合的方式布置，壓漿真空輔助壓漿技術，應在張拉后48h 內完成。

3.3 主墩及基礎

橋墩均采用柱式墩，墩柱柱底尺寸為2.2×2.2m，柱頂尺寸為3.0m（橫橋向）×2.2m（縱橋向）。承臺尺橋臺采用U 型橋臺，基礎為直徑1.3m 鉆孔灌注樁。本橋樁基礎均按嵌巖樁設計。

主梁支座處1/2 構造圖 主梁跨中1/2 構造圖

3.4 其他附屬設施

支座：支座采用盆式橡膠支座，其技術性能應滿足《公路橋梁盆式支座規格系列》（JT/T 391-2019）。

伸縮縫：全橋伸縮縫采用D160 型伸縮縫。伸縮縫需在廠家技術代表的指導下安裝，安裝時應注意根據實時溫度確定其伸縮縫安裝寬度值。

護欄：人行道護欄采用鋼護欄，中央分隔帶處采用混凝土防護欄。

橋面鋪裝：橋面鋪裝為4cmSMA-13+6cmAC-20C+聚合物改性瀝青PB(Ⅱ)防水層。

3.5 施工方案

赤水河大橋采用滿堂支架施工，施工前施工承包商應結合現場實際情況及本冊圖紙中支架設計示意圖，制定詳細的施工方案，經專家評審后報相關水利部門審批通過后實施。此外，除現行標準《公路橋涵施工技術規范》中規定外還應注意以下，整孔支架應先搭建，充分觀測支架的沉降量。混凝土澆筑混凝土前預壓支架，預壓重量不得小于箱梁恒重的1.25 倍，預壓時間不小于72h，已檢驗支架的承載能力，減少后期非彈性變形。觀測支架沉降滿足要求后方可施工。施工步驟概略詳見下圖：

4 主梁靜力分析

主梁采用三維有限元計算軟件Midas Civil 選取連續梁橋單幅結構進行縱向模擬控制計算，全橋共劃分為78 個單元；邊界條件按實際條件建模。

單幅主梁成橋階段模型圖

4.1 主梁支座反力計算

標準組合下，主跨支座最大支反力為37114.6kN，橋臺支座最大支反力為6836.3kN，選用抗震盆式橡膠支座DFKZ37.5X 和DFKZ8X 系列，滿足要求。

標準組合下支座反力

4.2 主梁承載能力驗算

正截面抗彎承載能力按現行規范《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG 3362－2018）中5.2.2-1 式計算。持久狀況承載能力極限狀態，主梁的抗彎承載力計算滿足規范要求，如下圖：

承載能力極限狀態抗彎驗算包絡圖

斜截面抗剪承載能力按現行規范《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》中5.2.7-1 式計算，持久狀況承載能力極限狀態，主梁的抗剪承載力計算滿足規范要求，如下圖（墩頂段考慮了橫隔梁的作用）：

承載能力極限狀態抗剪驗算包絡圖

4.3 主梁截面抗裂驗算

主橋按全預應力構件設計，主梁正截面抗裂性按現行規范《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》中6.3.1-2 式計算，計算結果表明，主梁截面上、下沿最小壓應力為1.14MPa，不出現拉應力，故主梁在荷載短期效應組合下正截面抗裂滿足規范要求，如下圖：

正截面抗裂驗算包絡圖

主橋按全預應力構件設計，斜截面抗裂性按現行規范《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》中6.3.1-6 式計算，計算結果表明，主梁的最大主拉應力為0.60MPa，故主梁在短期效應組合下斜截面抗裂性滿足規范要求，如下圖：

斜截面抗裂驗算包絡圖

4.4 主梁混凝土壓應力驗算

使用階段主梁的正截面壓應力應滿足現行規范《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》中7.1.5-1式σcc ≤0.5fck ＝17.75MPa，計算結果表明主梁正截面混凝土在使用階段最大壓應力為15.0MPa，滿足規范要求，如下：

正截面壓應力驗算包絡圖

使用階段主梁的正截面法向壓應力應滿足現行規范《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》中σcc ≤0.6fck ＝21.3MPa，計算表明主梁混凝土上沿最大主壓應力14.9MPa，為局部位置，滿足規范要求，如下圖：

混凝土最大主壓應力驗算包絡圖

5 結論

根據總體設計論證及靜力分析驗算，結果表明赤水河大橋主梁滿足承載能力極限狀態、正常使用極限狀態的各項要求，滿足持久狀況和短暫狀況下受力計算要求，橋梁設計是滿足安全、耐久、適用、環保、經濟和美觀的原則，按設計建造出來的構筑物能滿足安全使用的功能