90+90 m預應力混凝土獨塔斜拉橋設計與分析

曾紅丁

摘 要：斜拉橋屬于塔、梁、拉索組成的超靜定結構。獨塔斜拉橋通常采用塔梁固結體系，本文以實際項目為背景，介紹了該項目預應力獨塔斜拉橋基本構造，并采用有限建模，分析各荷載工況下主梁、索塔及拉索應力強度情況，為類似項目提供參與。

關鍵詞：斜拉橋;獨塔;預應力混凝土;結構設計

中圖分類號：U448 文獻標識碼：A

0 引言

斜拉橋因為其高聳的索塔，容易成為一個地區(qū)標志性建筑。獨塔斜拉橋不僅具有斜拉橋跨越能力大，造型美觀優(yōu)點，同時造價一般比雙塔斜拉橋略低。當跨越河流時需要懸臂澆筑施工時，獨塔斜拉橋往往采用墩塔梁固結體系。對于預應力混凝土主梁獨塔斜拉，因為成橋后砼收縮徐變，往往需要二次調(diào)索才能達到較為理想的受力狀態(tài)。本文用實際項目，介紹了寬幅預應力混土獨塔斜拉橋設計，可為類似項目提供參考。

1 工程概況

本項目位于惠州市，項目路線全長610 m，其中橋梁長580 m;主橋長180 m（采用90+90 m預應砼獨塔斜拉橋），橋面總寬41.5 m;引橋長400 m，其中西引橋長220 m（2*35 m+5*30 m），東引橋長180 m（6*30 m），采用一級公路兼城市主干道，雙向6車道，設計時速60 km/h。

2 結構設計

主橋為跨徑90+90=180 m獨塔雙索面混凝土主梁斜拉橋，塔、梁、墩固結體系，跨越西林河。索塔采用“H”型索塔，平行直立塔柱;主梁采用混凝土雙主肋主梁（∏形截面）;斜拉索采用280鋼鉸線拉索，空間扇形雙索面。主橋標準橫斷面布置為：5.25（人+非）+2.25（錨索區(qū)）+0.5（護墻）+12.25（車行道）+1.0（隔離）+12.25（車行道）+0.5（護墻）+2.25（錨索區(qū)）+5.25（人+非）=41.5 m。主橋采用前支點掛籃施工。

主梁采用C55混凝土，標準斷面采用預應力混凝土雙主肋（∏形截面）+縱向加勁肋斷面，主梁標準斷面寬度41.5 m，兩側挑臂設15 cm后澆帶，主梁頂面設置2.0%雙向橫坡。由于本橋橋面寬度較大，剪力滯效應明顯，為了減少頂板剪力滯效應，縱向設兩道小縱梁，高約1 m，寬0.5 m 。

索塔采用C50混凝土，塔、墩、梁固定結體系，橫向為“H”形索塔，索塔總高度為75.27 m（含塔頂裝飾），橋面以上索塔高度52.2 m，塔柱中心間距為29 m。下塔柱（墩）：橋面以下部分，高17.820 m，采用實心矩形截面，順橋向寬度為6.0 m，橫向寬度3.5 m～4.5 m。

斜拉索采用280高強度環(huán)氧涂層鋼絞線索，標準強度fpk=1 860 MPa，采用拉索群錨錨固體系。拉索在S1～S2號索采用34-φs15.2、在S3～S6號索采用55-φs15.2，在S7～S10號索采用61-φs15.2，在S11～S12號索采用73-φs15.2，在S13號索采用85-φs15.2。

3 結構分析

本項目采用有限元分析軟件midas civil 2020及midas Civil Designer程序進行計算分析。按照主橋梁部的實際構造進行結構離散，共

劃分單元821個、741個節(jié)點，其中主梁136個單元，斜拉索52個單元，橋塔87個單元，承臺10個單元，樁基456個單元，斜拉索與主梁之間采用彈性連接中的剛性連接。結構計算圖式見圖1。計算荷載包括成橋狀態(tài)下恒載、車道荷載、人群荷載、預應力、風荷載、砼收縮徐變、基礎沉降、主梁索塔梯度溫度、整體升降溫、拉索升降溫等，并按規(guī)范進行組合驗算其受力情況。

3.1 主梁驗算

承載力極限狀態(tài)基本組合組合下，主橋最大彎矩值109 730 kN·m，塔梁固結處最小彎矩值-140 985 kN·m，塔梁固結處支點處最大剪力值24 519.7 kN;主塔根部處梁部最大軸力值-153 475 kN，最小軸力值-11 637.9 kN。圖2、圖3均滿足規(guī)范要求。

正常組合極限狀態(tài)頻遇組合下，底緣σst-0.85σpc≤0 MPa（拉應力），圖4至圖5，滿足規(guī)范要求。

3.2 撓度驗算

按《橋規(guī)》第6.5.3條規(guī)定，鋼筋混凝土和預應力混凝土受彎構件計算的長期撓度值，由汽車荷載（不計沖擊系數(shù)）和人群荷載頻遇組合在梁式橋主梁產(chǎn)生的最大撓度不應超過計算跨徑的1/600。

按照《橋規(guī)》第6.5.3條驗算：26號節(jié)點汽車荷載（不計沖擊系數(shù)）和人群荷載頻遇組合最大撓度設計值fd=38.987 mm≤最大撓度允許值fn=148.334 mm，滿足規(guī)范要求;

按照《橋規(guī)》第6.5.3條驗算：100號節(jié)點汽車荷載（不計沖擊系數(shù)）和人群荷載頻遇組合最大撓度設計值fd=39.002 mm≤最大撓度允許值fn=148.334 mm，滿足規(guī)范要求。

3.3 主塔靜力計算

主塔計算控制截面采用1-1塔根截面、2-2上塔柱最下端空心截面、3-3上塔柱配筋變化截面。分別取最不利工況，最大彎矩、最大軸力并發(fā)內(nèi)力進行計算，各截面內(nèi)力如表1。經(jīng)計算承載力和裂縫均滿足規(guī)范要求。

4 結論

（1）本文對90+90 m預應力砼獨塔斜拉橋設計作了介紹，并對結構進行了靜力分析，主梁在頻遇組合下保持受壓狀態(tài)，主塔在最不利荷載下處小偏心受壓，均滿足規(guī)范要求，并有較大的安全儲備。

（2）本橋橋面寬度較大，剪力滯效應明顯，通過設置縱向兩道小縱梁，可以大幅度減少剪力滯效應。

（3）預應力混凝土主梁獨塔斜拉，因為成橋后砼收縮徐變，往往需要二次調(diào)索，且第二次調(diào)索幅度不宜過大，這需要經(jīng)過多次試算，才能達到較為滿意結果。

參考文獻：

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