淺談可克達(dá)拉斜拉橋設(shè)計(jì)與分析

范洪貴 楊江

摘 要：本項(xiàng)目主橋采用37+103+320+103+37米預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，引橋?yàn)?×（3×40）+5×（4×40）+（3×40）米預(yù)應(yīng)力砼先簡(jiǎn)支后連續(xù)T梁，橋梁全長(zhǎng)1767米。主橋橋梁跨徑較大，施工難度較高，施工工期較長(zhǎng)，是本項(xiàng)目的重點(diǎn)及難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：斜拉橋；箱梁；斜拉索；索塔

中圖分類號(hào)： U441 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）21-100-2

1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計(jì)荷載：公路-Ⅰ級(jí)。

地震動(dòng)峰值加速度：0.15g。

設(shè)計(jì)洪水頻率：特大橋1/300。

橋梁寬度：主橋：（1.5m（錨索區(qū)）+2.5m（人行道）+0.5m（防撞護(hù)欄）+11m（車行道）+0.5m（防撞護(hù)欄）+0.25（中央分隔帶））×2=32.5m；設(shè)計(jì)基本風(fēng)速：34.9m/s（百年一遇）

2 主要材料及其參數(shù)

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(tái)采用C40混凝土，樁基采用C30混凝土，斜拉索采用高強(qiáng)度環(huán)氧平行鋼絲（斜拉索）型號(hào)為：PES7-187、PES7-223、PES7-253、PES7-283、PES7-301。

3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

主梁采用預(yù)應(yīng)力砼分離式雙邊箱斷面，箱梁全寬3290厘米（含每側(cè)20cm風(fēng)嘴），主梁中心梁高300厘米，頂板厚28厘米；標(biāo)準(zhǔn)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(hào)塊底板加厚為65厘米；邊跨現(xiàn)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(nèi)填筑壓重。主梁頂板設(shè)置1.5%的雙向橫坡，底板水平設(shè)置。主梁從索塔處開(kāi)始分塊，0號(hào)塊長(zhǎng)為14米；主梁標(biāo)準(zhǔn)塊件長(zhǎng)度為8米，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段重約516噸；每節(jié)段在距離施工縫76厘米處設(shè)置一道厚32厘米的橫隔板；梁端、輔助墩及索塔處各設(shè)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(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，按全預(yù)應(yīng)力砼構(gòu)件設(shè)計(jì)。

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?qū)挾?.0米，中塔柱、下塔柱順橋向?qū)挾扔?.0米漸變至塔底的10.0米，上塔柱及中塔柱橫橋向?qū)挾?.5米，下塔柱橫向?qū)挾扔?.5米漸變至塔底的7.0米。其中上塔柱為斜拉索錨固區(qū)，索塔斜拉索錨固采用鋼錨梁，為設(shè)置鋼錨梁需要在順橋向塔壁內(nèi)側(cè)設(shè)置牛腿。塔間設(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(tái)平面尺寸為16.5×22.75米，厚度為6米，承臺(tái)封底混凝土厚2.0米；每個(gè)承臺(tái)下接12根直徑2.5米的鉆孔灌注樁，樁基均按摩擦樁設(shè)計(jì)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

4 主橋結(jié)構(gòu)分析

一期恒載包括：箱梁、橫梁、斜拉索及索塔等材料重量?；炷林髁杭八魉葜?6kN/m3，梁、塔按實(shí)際斷面計(jì)取重量。主梁橫隔板按集中力計(jì)入。二期恒載包括護(hù)欄、橋面鋪裝及人行道按照122.0kN/m計(jì)，施工掛籃采用前支點(diǎn)掛籃，掛籃重量取為2200kN，邊跨現(xiàn)澆段箱梁每個(gè)腔室內(nèi)壓重75.2t/m?；钶d采用汽車荷載6車道加載時(shí)的橫向折減系數(shù)0.55，汽車荷載對(duì)計(jì)算跨徑的縱向長(zhǎng)度折減系數(shù)0.97，采用平面結(jié)構(gòu)程序進(jìn)行總體計(jì)算時(shí)，汽車荷載偏載增大系數(shù)取1.15，考慮活載的剪力滯后效應(yīng)，活載效應(yīng)考慮提高10%，沖擊系數(shù)取為1.05。活載橫向分布系數(shù)=6×0.55×1.15×0.97×1.1=4.049，汽車制動(dòng)力：制動(dòng)力的著力點(diǎn)在橋面上，其值按橋規(guī)規(guī)定的方法計(jì)算。溫度力：體系升溫25℃，體系降溫-38℃。主梁頂?shù)装鍦夭睢?℃斜拉索與混凝土主梁、索塔間的溫差±15℃；塔身左、右側(cè)溫差±5℃?；A(chǔ)沉降主墩取2cm，輔助墩和過(guò)渡墩5mm。

針對(duì)斜拉橋的特殊性，參考JTG-TD65-01-2007《公路斜拉橋設(shè)計(jì)細(xì)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(fù)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(fēng)荷載+基礎(chǔ)沉降；荷載組合Ⅶ：恒載+汽車+體系降溫+負(fù)溫差+風(fēng)荷載+基礎(chǔ)沉降；荷載組合Ⅷ：恒載+汽車+體系降溫+正溫差+風(fēng)荷載+基礎(chǔ)沉降。

總體靜力計(jì)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(zhǔn)劃分結(jié)構(gòu)離散圖。梁塔為平面梁?jiǎn)卧?，斜拉索為平面桿單元?？傮w計(jì)算根據(jù)橋梁施工流程劃分結(jié)構(gòu)計(jì)算階段，根據(jù)荷載組合要求的內(nèi)容進(jìn)行內(nèi)力、應(yīng)力計(jì)算，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)在施工階段、運(yùn)營(yíng)階段內(nèi)力、應(yīng)力及整體剛度是否符合規(guī)范要求。

5 計(jì)算結(jié)果

5.1 主梁極限承載力

不計(jì)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(yàn)算

抗裂驗(yàn)算分為正截面和斜截面抗裂驗(yàn)算。

5.2.1 主梁正截面抗裂驗(yàn)算

規(guī)范規(guī)定：對(duì)于全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，在作用短期效應(yīng)組合下，分段澆注的混凝土受彎構(gòu)件不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力。從圖3中可看出，主梁正截面抗裂滿足規(guī)范要求。

5.2.2 主梁斜截面抗裂驗(yàn)算

本橋主梁在短期荷載效應(yīng)下，計(jì)入溫度力效應(yīng)后，斜截面抗裂驗(yàn)算應(yīng)力圖見(jiàn)圖4。

規(guī)范規(guī)定對(duì)于現(xiàn)澆全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，在荷載短期效應(yīng)組合下σtp≤0.4ftk=0.4×2.85=1.14MPa，從圖中可看出，在短期效應(yīng)組合下，斜截面出現(xiàn)的最大拉應(yīng)力為0.3MPa，滿足規(guī)范要求。

5.3 主梁應(yīng)力驗(yàn)算

5.3.1 主梁正應(yīng)力

計(jì)算表明主梁最大壓應(yīng)力為18.5MPa，出現(xiàn)在中跨跨中下緣，最大壓應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

成橋階段：上鋪裝階段主梁最大壓應(yīng)力為15.0MPa，出現(xiàn)在中跨跨中上下緣。

使用階段：荷載組合3時(shí)，主梁最大壓應(yīng)力為17.0MPa，出現(xiàn)在中跨跨中上緣。主梁應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

施工階段規(guī)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(yīng)力、拉應(yīng)力均能滿足規(guī)范要求。

使用階段規(guī)范允許值：受壓區(qū)混凝土最大壓應(yīng)力σkc+σpt≤0.5fck=0.5×35.5=17.75MPa

使用階段主梁最大壓應(yīng)力小于規(guī)范值，滿足規(guī)范要求。

5.3.2 主梁主應(yīng)力

主梁最大主壓應(yīng)力為17.0MPa，發(fā)生在中跨跨中上緣。規(guī)范允許值σcp≤0.6fck=0.6×35.5=21.3MPa

使用階段主梁最大主壓應(yīng)力小于規(guī)范值，滿足規(guī)范要求。

5.4 斜拉索安全驗(yàn)算

根據(jù)《公路斜拉橋設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D65-01-2007）規(guī)定，施工階段斜拉索的安全系數(shù)不應(yīng)小于2.0，運(yùn)營(yíng)階段斜拉索的安全系數(shù)不應(yīng)小于2.5，斜拉索的應(yīng)力狀態(tài)均滿足規(guī)范要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

斜拉橋是適用于跨徑200～500米之間的橋梁結(jié)構(gòu)形式，跨徑小于200米時(shí)采用預(yù)應(yīng)力混凝土橋經(jīng)濟(jì)，跨徑大于500米時(shí)候則以鋼懸索橋?yàn)榻?jīng)濟(jì)，實(shí)踐的發(fā)展證明了斜拉橋不僅適用于中小跨徑橋梁，對(duì)于跨徑1000米以上的大跨徑橋也極具競(jìng)爭(zhēng)力。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 公路斜拉橋設(shè)計(jì)細(xì)則 JTG-TD65-01-2007.

[2] 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范 JTG-D62-2004.