西溪河特大桥主桥设计

万　麟　陈冠桦

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司　贵阳　550081)

西溪河特大桥主桥设计

万麟陈冠桦

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵阳550081)

摘要大跨、多跨连续刚构桥梁在山区公路中属于常见类型，文中以已建成通车的贵州省黔西至大方高速公路西溪河特大桥为实例，对桥梁进行总体介绍，对上下部结构尺寸的拟定、三向预应力钢束的设置、结构计算数值分析等方面进行研究，其结果均能满足设计及使用要求，其结构形式及构造具有山区公路的普遍性和代表性。

关键词连续刚构高墩大跨多跨

1工程概况

西溪河特大桥桥区位于黔西县境内，黔西岸有乡村道路通过，交通方便，另一侧大方岸无道路通过，交通不便。场区地处贵州西部高原，地貌类型属低中山岩溶峰丛谷地地貌。桥位横跨西溪河河谷，河谷两岸中下部较陡，呈“U”形，坡角约75°，呈陡崖状，上部属中坡地段，坡角约25°，引桥段属缓坡，局部横坡较陡。桥位所跨地段地形标高介于1 148～1 458.50 m，相对高差310.50 m。

左幅起讫桩号为ZK22+672.200～ZK23+951.800，全长1 279.6 m；右幅起讫桩号为YK22+638.495～YK23+954.095，全长1 315.60 m。上部结构：左幅桥7×40 m先简支后连续箱梁+101 m+2×190 m+101 m预应力混凝土连续刚构+10×40 m先简支后连续箱梁，右幅桥8×40 m先简支后连续箱梁+101 m+2×190 m+101 m预应力混凝土连续刚构+10×40 m先简支后连续箱梁。主桥布置见图1。

图1　主桥桥型布置图(单位：cm)

1.1　主桥上部结构

上部箱梁为变截面单箱单室断面，箱顶宽11.25 m，底宽6.5 m。箱梁顶面设单向2.0%的横坡。

箱梁高度：0号梁段梁高为11.6 m，现浇段和合龙段梁高均为4.2 ，其间梁底下缘曲线按1.8次方抛物线变化。箱梁截面顶板跨中厚度： 0号梁段为55 cm，1号梁段由88.3 cm渐变为30 cm，2号～23号段梁段为30 cm，边跨合龙梁段及现浇段由30 cm直线渐变为120 cm，梁端支承段为120 cm，中跨合龙梁段为30 cm。箱梁底板厚度：0号梁段墩身范围为150 cm，中跨合龙段为32 cm，边跨合龙段由32 cm渐变至51.2 cm，边跨现浇段由51.2 cm渐变至80 cm，现浇梁端支承段为80 cm，根部至合龙段底板厚度按1.8次方抛物线由130 cm渐变至32 cm。箱梁腹板厚：墩身范围内的0号梁段为90 cm，1号梁段由80渐变为70 cm，2～9号梁段为70 cm，10号梁段由70 cm渐变为60 cm，11号～22号梁段为60 cm，边跨合龙段由60 cm渐变为84 cm，现浇段由84 cm渐变至120 cm，梁端现浇段为120 cm，中跨合龙段为60 cm，渐变均按直线变化。在每个0号梁段对应单肢墩壁设有2道横隔板(梁)，在边跨箱梁两端支承处也各设1道横隔板(梁)，横隔板上均设有人洞。在13号梁段中部设置1道体外预应力转向块，在边跨22号梁段设置体外束锚固块。

1.2　下部结构及基础

主墩墩高分别为91，118，118 m，过渡墩墩高分别为71，77 m。

91 m主墩纵向由双肢薄壁墩组成，薄壁墩为矩形空心截面，横桥向8.5 m，顺桥向3.2 m，2片墩间净距为6.6 m，桥墩双肢薄壁墩之间设1道临时系梁，墩身上部端与箱梁0号梁段固接，下部端与承台固接。

118 m主墩纵向上部80 m范围内由2片薄壁墩组成，下部由2片薄壁墩连接组合成整箱式；上部每片薄壁墩采用箱型截面，横桥向8.5 m，顺桥向3.2 m，2片墩间净距为6.6 m，下部整箱横桥向8.5米，顺桥向13 m。墩身上部端与箱梁0号梁段固接，下部端与承台固接。

过渡墩为单箱单室箱墩，纵桥向宽4.5 m，横桥向宽7 m。

主墩承台采用20.8 m×23.8 m×6 m矩形承台，过渡墩承台采用8.8 m×11.4 m×4 m矩形承台。

主墩桩基均采用16根直径为2.3 m钻孔桩，过渡墩桩基单幅桥采用6根直径为1.8 m桩基，所有桩基按嵌岩桩设计。

1.3　预应力钢束布置

纵向预应力。纵向预应力钢束分为顶板束(T束)、腹板下弯束(W束)、中跨底板束(DZ束)、边跨底板束(DB束)、合龙段顶板合龙束(边跨LB束、中跨LZ束)及预留束(Y束、DBY束、DZY束)6类。纵向预应力采用公称直径15.20 mm的预应力钢绞线。全桥纵向钢束腹板W钢束采用Φs15-25预应力钢束，顶板T束T01～T12及边跨合龙钢束LB03采用Φs15-25预应力钢束，顶板T束T13～T21、底板DZ束及DB束、中跨合龙束LZ01及边跨合龙束LB01～LB02采用Φs15-19预应力钢束。全桥腹板W束及顶板T束张拉控制应力均采用σcon=0.75，fpk=1 395 MPa外，其余钢束采用σcon=0.73，fpk=1 357.8 MPa。全部纵向钢束均采用两端张拉，张拉时采用双控。

横向预应力。采用公称直径15.20 mm的预应力钢绞线，每束2股钢绞线，采用BM15-2扁锚体系。设计张拉吨位354.1 kN，采用一端张拉方式，张拉端与锚固端交错布置。

竖向预应力。除1号～13号梁段采用每束4-15.20钢绞线外，其余梁段及0号梁段横墙横向预应力采用3-15.20钢绞线。张拉控制应力σcon=0.73fpk。

2桥梁结构力分析

2.1

主桥纵向结构受力分析采用平面杆系，主梁离散为平面全预应力梁单元，计算程序采用桥梁博士V3.2.0，单元数为344，节点数为331，计算模型见图2。

图2　主桥计算模型

2.2　计算参数

(1) 结构永久荷载包括混凝土结构自重、混凝土收缩徐变、预加力等。结构自重按实际断面尺寸计算，主梁和桥墩混凝土容重按26 kN/m3取值。桥面现浇层混凝土容重按26 kN/m3取值，防撞护栏容重按25 kN/m3取值，沥青混凝土按24 kN/m3取值。

基础沉降差异。按1 cm进行计算。

(2) 可变荷载包括汽车荷载、温度荷载、风荷载等。

汽车荷载。按公路-I，2车道计算，计入横向偏载、冲击、车道折减等影响。

温度荷载。设计合龙温度10～15 ℃，整体温升25 ℃，整体降温-25 ℃，结构温度梯度按箱梁顶面日照正温差t1=14 ℃，t2=5.5 ℃，日照负温差t1=-7 ℃，t2=-2.75 ℃计算。

风荷载。根据桥址区，按规范取设计基本风速v0=25.8 m/s，施工阶段和运营阶段风荷载作用效应按《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)[1]计算。在运营阶段与汽车荷载组合时，风荷载计算按桥面风速25 m/s反算。

2.3　预应力钢筋

锚具变形与钢束回缩值(一端)：ΔL=6 mm，管道摩阻系数：μ=0.17，管道偏差系数：k=0.001 5，收缩徐变参数按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)[2]取值。

2.4　计算结果

综合考虑短暂状况与持久状况时的各种工况，包括自重、施工荷载、预应力、预应力二次力、收缩徐变次内力、非线性温差、整体温差、活载、基

础变位等，对箱梁施工、使用阶段各截面内力、应力、位移进行计算分析，并按规范进行验算。计算运营阶段时考虑了4组温度变化、4组强迫位移、2组制动力及2组顺桥向风力，计算过程中按不利组合的原则进行荷载组合。主要计算结论如下。

(1) 持久状况承载能力极限状态满足规范[2]要求。

(2) 箱梁持久状况正常使用极限状态正截面抗裂、斜截面抗裂计算，作用短期效应组合时，墩顶附近箱梁上缘正截面最小压应力为0.5 MPa，跨中下缘正截面最小压应力2.0 MPa，箱梁斜截面混凝土最大主拉应力-0.95 MPa(未考虑竖向预应力影响)，满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》[2]第6.3.1条规定要求。

(3) 箱梁使用阶段跨中挠度满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第6.5.3条规定[2]。

(4) 箱梁持久状况预应力混凝土构件正截面压应力及主压应力为17.6 MPa、预应力钢束的拉应力小于1 209 MPa，满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第7.1.5～7.1.6条规定要求。

(5) 短暂状况构件应力计算，箱梁及桥墩满足规范要求[2]。

(6) 高墩稳定分析。本桥主墩最高为118 m，高墩稳定分析包括高墩整体屈曲稳定和薄壁局部屈曲稳定，以及风振对施工及运营阶段安全性的影响等。计算结果表明：本桥具有较高的安全度。

3结语

西溪河特大桥2014年9月建成通车，施工监控及检测表明，桥梁各个施工阶段及运营状态应力水平及位移均控制在设计及规范范围内，桥梁竣工后的桥梁线形与设计吻合较好，可为大跨高墩和多跨连续刚构桥梁设计及施工提供参考。

参考文献

[1]JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范[S].北京:人民交通出版社,2004.

[2]JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京:人民交通出版社,2004.

Seismic Mitigation and Isolation Analysis of Tri-tower

Earth-anchored Suspension Bridge

LuoXiaoyuan,ZhangZhongliang,LiuYue,YanXiaoyun

(China Northwest Municipal Engineering Design and Research Institute Co.,Ltd., Wuhan 430056, China)

Abstract：In order to determine the effective seismic mitigation and isolation measure for tri-tower earth-anchored suspension bridge, the structure dynamic characteristics and seismic response was analyzed for fixed system and floating system using nonlinear time-history analysis method. Viscous fluid damper and isolation bearing were used for the research on longitudinal and transverse seismic mitigation and isolation. We analyzed the effects. The analysis results show that viscous fluid dampers and isolation bearings can effectively reduce the displacement of key parts and internal force of the tower bottom. The lead rubber isolation bearing as seismic mitigation and isolation deviceused in the Chao-he Bridge is more reasonable through the comparative analysis.

Key words:tri-tower earth-anchored suspension bridge; seismic response; viscous fluid damper; lead rubber bearing; hysteresis curve

收稿日期：2015-05-30

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.05.004