摩洛哥布里格里格河谷斜拉桥主梁设计

2014-05-09胡秋贵石建华

交通科技 2014年3期

胡秋贵石建华

（中铁大桥勘测设计院集团有限公司武汉 430056）

布里格里格河谷斜拉桥是摩洛哥首都拉巴特绕城高速公路上的控制性工程，2010年，摩洛哥国家高速公路公司（ADM）对该项目进行国际公开招标，来自中国的中海外－中铁大桥局联合体中标成为该项目的施工设计总承包商，其委托中铁大桥院和法国egis公司组成的联合体承担该桥的施工图设计工作［1］。该桥主桥为1 8 3 m＋376 m＋183 m双塔双索面结合梁斜拉桥，采用塔墩梁固结体系，引桥为跨径40 m的预应力混凝土预制T梁桥，桥梁全长951.66 m。全桥基础均采用扩大基础，每个桥塔高约200 m，由4个曲线箱型混凝土塔肢构成，在塔底和塔顶交会为一体，在立面上呈尖拱形，颇具摩洛哥传统建筑风格。全桥立面布置见图1。

图1 全桥立面布置（单位：m）

1 斜拉桥主梁设计

结合梁斜拉桥的主梁主要有4种类型［2－3］：①行车道板采用混凝土板，主梁采用钢梁；②混凝土边主梁与钢横梁组成的结合梁；③在正交异性板钢桥面上铺设一层混凝土；④顶板和底板采用混凝土，腹板采用波纹钢腹板。目前，国内结合梁斜拉桥主梁基本上都采用第1种类型，布里格里格河谷斜拉桥主梁采用第2种类型，此类型在国内尚无先例。

1.1 主梁纵向布置

斜拉桥主梁总长745 m，其中两边支点中心线之间主梁长183 m＋376 m＋183 m＝742 m，在两边支点中心线外侧各伸出1.5 m长，主桥位于1%的单向纵坡上，共分为95个施工节段。其中，塔梁固结段长18 m，塔梁固结段两侧各有8 m长的渐变段，每个渐变段分2次施工（一次施工4 m）。边跨实体段长9.5 m，边跨和中跨合龙段长均为6 m，其余均为8 m长的标准节段。靠近主塔的第一个标准节段在施工时设置临时拉索，其余标准节段均设有永久斜拉索。每个主塔两侧各有20对斜拉索，全桥共160根斜拉索。斜拉索采用平行钢绞线，规格从29-T15S到72-T15S不等。主梁节段划分见图2，标准节段立剖面见图3。

图2 1／2主梁节段划分（单位：m）

图3 标准节段立剖面（单位：c m）

1.2 主梁横向布置

为有效减轻桥梁上部结构的自重，充分发挥混凝土、钢2种材料的特性，主梁横断面采用混凝土边主梁与钢横梁结合并在钢横梁上铺混凝土行车道板的结合梁形式，全宽30.4 m，跨宽比L／B＝12.4，桥面宽度29.82 m，双向6车道，设双向2.5%的横坡。主梁标准横断面布置见图4。

图4 主桥主梁标准横断面布置（单位：c m）

1.3 混凝土边主梁

混凝土边主梁高2 m，跨高比L／h＝188，宽高比B／h＝15.2，标准断面处宽2.2 m，靠近桥塔处宽度从2.2 m渐变至4.4 m，并在桥塔处塔梁固结成一整体，为避免边支点出现负反力，梁端9.5 m长范围做成实体段，边主梁设置宽1.5 m、高0.4 m的倒角与混凝土桥面板衔接。塔梁固结段和边跨实体段主梁设有纵、横向预应力，其余节段设有纵向预应力，中跨设有22根永久钢束和2根备用束，边跨设有18根永久钢束和2根备用束，预应力钢束规格为1 860 MPa的19-T15S低松弛钢绞线。塔梁固结段透视图见图5，中跨跨中边主梁断面见图6。

图5 塔梁固结段透视图

图6 中跨跨中边主梁断面（单位：c m）

1.4 钢横梁

除塔梁固结段与边跨实体段外，其余节段均设有钢横梁与边主梁连接，钢横梁间距4 m，每个8 m长的标准节段布置有2根钢横梁。钢横梁共有3种类型：①标准型，分布在跨中绝大部分范围，共147根；②加强型，靠近桥塔与边跨实体段附近。由于扭矩较大，在此范围加强钢横梁与边主梁的连接，共20根；③缩短型，紧邻桥塔处由于边主梁宽度增至4.4 m，此处钢横梁长度相应缩短，共4根。全桥共171根钢横梁，总重2 300 t。钢横梁执行NF EN10025－3标准（欧洲标准），板材采用S355 N级钢材，剪力钉采用ML15钢材，防腐型号为C3 ANV。全桥钢横梁布置见图7。

图7 全桥钢横梁布置（单位：c m）

钢横梁断面呈“工”字形，上翼板和侧翼板宽700 mm、厚20 mm，下翼板宽700 mm、厚30 mm，腹板厚16 mm，仅在钢横梁最高处设置一道厚20 mm的加劲肋。钢横梁上翼板和侧翼板设置4排剪力钉与混凝土边主梁和桥面行车道板连接，剪力钉横桥向间距在上翼板处为250 mm，在倒角处为150 mm，在侧翼板处为130 mm，上翼板和倒角处的剪力钉高150 mm。侧翼板处的剪力钉为了不与纵向预应力冲突，高度减小为100 mm。此外，在边主梁倒角最厚处，标准型钢横梁设置2个U形、断面尺寸为30 mm×30 mm的型钢伸入边主梁，加强型和缩短型钢横梁则设置一个锤形型钢以加强与边主梁的连接。标准型钢横梁立、平面布置见图8，钢横梁最高处（对称中心处）横断面见图9。

图8 1／2标准型钢横梁（单位：mm）

图9 钢横梁最高处横断面（单位：mm）

1.5 桥面行车道板

桥面行车道板厚25 c m，由预制混凝土板和现浇纵、横向湿接缝组成，纵桥向在相邻2根钢横梁之间铺设预制板，横桥向布置4道预制板并设5道纵向湿接缝，施工时先将钢横梁吊装就位，再利用牵索挂篮现浇混凝土边主梁，再用槽钢与相邻两钢横梁连接以作为纵向湿接缝的底模，之后在钢横梁和槽钢上铺设预制混凝土板，最后现浇纵、横向湿接缝以使混凝土边主梁、钢横梁和混凝土行车道板形成一整体。标准预制板平面尺寸为5 185 mm（横桥向）×3 450 mm（纵桥向），预制板四周钢筋伸出以与边主梁或相邻预制板钢筋搭接。行车道板横桥向布置见图10，纵、横向湿接缝交会处大样见图11。

图10 1／2行车道板横桥向布置（单位：mm）

图11 湿接缝大样（单位：mm）

2 斜拉桥主梁技术特点

（1）主梁在桥塔处固结，由于主梁以下桥塔高达100 m，桥塔可适应由温度、混凝土收缩徐变等引起的主梁纵向位移，采用塔梁固结体系省去了大吨位支座；增强了主梁的抗扭刚度、横向抗弯刚度和抗风稳定性。由于桥塔在主梁处展开为4个箱型塔肢，采用塔梁固结增强了桥塔的稳定性，减小了桥塔处主梁负弯矩。因此，主梁第一对永久索可以距离桥塔中心线30 m之多；此外，悬臂施工主梁时稳定性好，不用设置临时固结支架［4］。

（2）由于主梁第一对永久索设在第二个标准节段上，为避免悬臂施工时紧邻桥塔的渐变段和第一个标准节段混凝土上缘出现拉应力，这两个节段的混凝土边主梁设有预应力悬臂钢束，并在施工第一个标准节段时挂设临时斜拉索。

（3）主梁梁端9.5 m长范围内主梁通过做成实体段以避免边支点处出现负反力。

（4）标准段主梁采用预应力混凝土边主梁与钢横梁结合并在钢横梁上铺混凝土行车道板的结合梁形式，与混凝土边主梁加混凝土横梁的全混凝土梁相比，钢材用量多一些，但自重减轻许多，且由于钢横梁工厂预制、现场吊装，省去了施工所需的模板，降低了施工难度并减少了施工工期；与国内常见的钢主梁上铺混凝土行车道板的结合梁形式相比，自重较重，但钢材用量大为减少，因此，其在两者之间取得了一个很好的平衡。

（5）桥面行车道板由预制混凝土板和湿接缝组成，预制混凝土板在地上预制、吊机吊装，缩短了工期且易于保证质量；利用钢横梁和槽钢作为桥面板纵、横向湿接缝的底模，槽钢可循环重复利用。