臨汾市乾峰大橋主橋總體設(shè)計(jì)

繆 俊

[同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）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(qū)與河西新區(qū)的交界處，橫跨汾河，是連接洪洞縣新老城區(qū)的主要交通干道。

本工程擬建的乾峰大橋東西兩側(cè)與玉峰西街相連，道路等級(jí)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(guī)劃城市東西向發(fā)展軸。玉峰大街是主城區(qū)東西向重要干道，是未來汾河上溝通老城區(qū)與河西新區(qū)的重要通道。乾峰大橋的建設(shè)是適應(yīng)當(dāng)前和今后新的交通需求，完善交通功能的需要；是完善整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)，改善城市交通狀況的重要環(huán)節(jié)。玉峰大街東西向連通對(duì)塑造洪洞城市形象、完善城市配套設(shè)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?xùn)|路。

乾峰大橋橋梁段全長(zhǎng)729 m，其中引橋長(zhǎng)459 m，主橋長(zhǎng)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(shè)計(jì)。

2 建設(shè)條件

2.1 水文與地質(zhì)條件

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

橋址汾河河道為修建濕地公園時(shí)經(jīng)人工改造，河道規(guī)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(cè)，水面寬約60 m，水深約1 m。

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

2.2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級(jí)：城市主干道。

（2）設(shè)計(jì)荷載：汽車城-A 級(jí)，人群荷載、非機(jī)動(dòng)車荷載按《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 11—2011）（2019年局部修訂版）取用。

（3）設(shè)計(jì)車速：50 km/h。

（4）防洪標(biāo)準(zhǔn)：100 a 一遇洪水位443.898 m。

（5）通航標(biāo)準(zhǔn)：無。

（6）抗震設(shè)防要求：地震基本烈度為8 度，地震動(dòng)峰值加速度為0.30g。

（7）橋梁護(hù)欄防撞等級(jí)：SB、SBm。

3 主橋設(shè)計(jì)

3.1 橋型及總體布置

乾峰大橋主橋?yàn)?7.5 m +3×65 m +37.5 m 的預(yù)應(yīng)力混凝土變高連續(xù)梁[1-2]，邊中跨比為0.577，全長(zhǎng)270 m。

主橋標(biāo)準(zhǔn)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(jī)動(dòng)車道）+0.5 m（側(cè)防撞護(hù)欄）+11.5 m（機(jī)動(dòng)車道）+0.5 m（中央防撞欄）+11.5 m（機(jī)動(dòng)車道）+0.5 m（側(cè)防撞護(hù)欄）+4.5 m（非機(jī)動(dòng)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(jié)構(gòu)

乾峰大橋主橋采用現(xiàn)澆變高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，縱橫梁均按預(yù)應(yīng)力混凝土A 類構(gòu)件設(shè)計(jì)。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(zhǎng)度外側(cè)為3 m，內(nèi)側(cè)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(diǎn)梁高5 m，邊支點(diǎn)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?yàn)? 幅布置形式，中間設(shè)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(jié)構(gòu)

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(tái)，厚2.5 m；承臺(tái)下設(shè)12 根φ1 500 鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。樁長(zhǎng)56 m，樁尖持力層為③-5卵石層。

QA20 臺(tái)橋臺(tái)采用重力式橋臺(tái)，承臺(tái)厚1.8 m；每個(gè)橋臺(tái)下布置10 根φ1 200 鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。樁長(zhǎng)42 m，樁尖持力層為③-4粉質(zhì)黏土層。

裝飾塔基礎(chǔ)采用承臺(tái)+ 樁基礎(chǔ)形式，采用直徑φ1.5 鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)42 m，樁尖持力層為③-4粉質(zhì)黏土層。

3.4 主橋抗震設(shè)計(jì)

3.4.1 計(jì)算內(nèi)容

基于該橋的特點(diǎn)，開展如下主要抗震計(jì)算內(nèi)容：

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

（2）計(jì)算和分析橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性。

（3）根據(jù)《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 166—2011）第9.1.2 條中“采用減隔震設(shè)計(jì)的橋梁可只進(jìn)行E2 地震作用下的抗震設(shè)計(jì)和驗(yàn)算”，故只進(jìn)行E2地震輸入的抗震分析，對(duì)E2 地震作用下墩、樁的內(nèi)力進(jìn)行驗(yàn)算。

（4）對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的抗震安全性作出評(píng)價(jià)，提出抗震研究的結(jié)論。

3.4.2 設(shè)防水準(zhǔn)

依據(jù)《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，本橋抗震設(shè)防分類為乙類，場(chǎng)地類型為III 類，分區(qū)特征周期為0.4 s。E2 地震驗(yàn)算時(shí)特征周期需增加0.05 s，地震基本烈度為8 度，地震動(dòng)峰值加速度0.30g。

3.4.3 反應(yīng)譜

由于未得到工程場(chǎng)地的地震安評(píng)報(bào)告，因此采用《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中5.2.1 規(guī)定的設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜。水平向設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜S（如圖4 所示）可由公式（1）確定：

圖4 水平向設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜

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

3.4.4 時(shí)程

根據(jù)水平向設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜，擬合E2 水準(zhǔn)下3 條水平向加速度時(shí)程曲線，見圖5。

圖5 E2 水準(zhǔn)下3 條水平向加速度時(shí)程曲線

3.4.5 動(dòng)力分析模型

為了能正確分析橋梁的抗震性能，動(dòng)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(shè)計(jì)。

橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力計(jì)算模型見圖6，樁基礎(chǔ)采用等效的土彈簧單元來模擬土- 樁基礎(chǔ)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(tǒng)）進(jìn)行模擬，阻尼器采用黏彈性消能器進(jìn)行模擬，反應(yīng)譜分析時(shí)假定支座為線性，非線性時(shí)程分析時(shí)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(dòng)力計(jì)算模型

3.4.6 動(dòng)力特性

根據(jù)建立的動(dòng)力計(jì)算模型，對(duì)該橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的分析，主要是了解結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)特性。結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析中的特征方程求解采用子空間迭代法。結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性表見表1。

表1 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性表

3.5 主橋裝飾塔設(shè)計(jì)[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(yōu)質(zhì)耐候硅酮密封膠。石材掛件規(guī)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(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求進(jìn)行深化設(shè)計(jì)及安裝。要求主要龍骨均采用栓接。

（3）鋼材采用優(yōu)質(zhì)Q235B 鋼,需焊接的鋼轉(zhuǎn)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(yù)制鋁燈飾成品，由具有相應(yīng)資質(zhì)的廠商二次深化設(shè)計(jì)。

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(jié) 語

（1）介紹了乾峰大橋主橋總體布置、上部構(gòu)造、下部構(gòu)造、抗震計(jì)算、裝飾塔設(shè)計(jì)。主橋所選用的多跨變高預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁具有整體受力性能好、變形小、造型優(yōu)美、施工方便、養(yǎng)護(hù)工作量少等特點(diǎn)。

（2）乾峰大橋主橋作為一座橫跨汾河的景觀橋梁，在總體設(shè)計(jì)時(shí)，最終選擇了與景觀效果相協(xié)調(diào)的多跨變高預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，在主墩處設(shè)置具有洪洞當(dāng)?shù)匚幕难b飾塔，整體造型優(yōu)美，氣勢(shì)磅礴。這種采用常規(guī)連續(xù)梁橋型與裝飾相結(jié)合的設(shè)計(jì)思路在滿足傳統(tǒng)橋梁設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，又能滿足越來越高的景觀橋梁需求，可為后續(xù)其他項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)參考。