江门水道大桥设计方案比选

代宇勇

（广州特希达科技有限公司，广东广州510220）

江门水道大桥设计方案比选

代宇勇

（广州特希达科技有限公司，广东广州510220）

江门水道大桥主桥跨径组合为（52.5+80+77.5+80+52.5）m，设计阶段采用刚构-连续体系、连续体系、钢构体系进行对比分析。现主要介绍设计方案比选、主要计算成果、结构设计特点等。

刚构-连续体系；连续体系；钢构体系；桥梁设计

0 引言

预应力混凝土连续梁桥在近三十年得到了广泛的应用，连续梁桥的结构体系主要有：连续体系、刚构体系、刚构-连续体系等。

连续体系为上部结构与下部结构采用支座连接；连续刚构体系为墩梁固结，利用高墩柔度适应预应力、混凝土收缩徐变、温度应力等引起的位移；刚构-连续体系为前两者的组合体系，通常在数个中墩采用墩梁固结，其它中墩采用支座连接形式。[1]

三种结构体系在现实桥梁设计中都得到了广泛的应用，结合三种体系的受力特点，根据江门水道大桥实际的上下部结构特殊性，比选得出桥梁最佳结构类型。

1 主桥跨径布置的控制因素及选择

1.1 桥位现状

新建江门水道大桥拟在紧邻大洞大桥（现有桥梁）下游跨越江门水道建设。江门水道属于内河三级航道，桥址处水面宽约285 m，桥位属珠江三角洲冲淤积平原地貌，地势平坦，处河道顺直，河床稳定，属常年通航河流。

1.2 附近现状桥梁调查

现有大洞大桥紧邻拟建桥梁，大洞大桥1990年8月建成通车，后又对其半幅扩建，现为双幅四车道双向行车，旧桥主桥跨径为（52.5+80+52.5）m连续箱梁；扩建半幅主桥跨径为（52.5+80+52.5）m连续刚构箱梁；主桥下部为空心薄壁墩，引桥为双柱式桥墩，钻孔灌注桩基础。现有桥梁为单孔双向通航。

1.3 通航

根据航道局通航论证意见：该河段规划为内河Ⅲ级航道，同意采用主桥跨径组合为（52.5+80+77.5+80+52.5）m方案，两通航孔跨径分别为80 m和77.5 m净高10 m，其尺寸满足桥位河段内河Ⅲ级航道的通航要求。

2 桥梁跨径及桥型方案的总体构思

2.1 主桥桥式方案设计原则

根据江门水道大桥水文、地质及通航条件，主桥桥式方案在满足通航要求的前提下，重点突出结构的安全性、经济性、实用性，主要做到以下几点：

（1）满足内河Ⅲ级航道通航尺度；

（2）桥墩尽量与现有大洞大桥对齐，减少堵水面积；

（3）结构形式尽量与现有大洞大桥统一，以保证整体美观性；

（4）结构受力特点。

结合桥位建设条件，考虑功能、造价、景观、线路与水道的相对位置关系、桥位处的现状情况，同时考虑通航安全、远期旧桥改造及结构受力特点，经综合分析，针对主桥提出三种桥型方案进行比选：方案一：刚构-连续体系；方案二：连续体系；方案三：刚构体系。

2.2 方案介绍

2.2.1 方案一：主桥（52.5+80+77.5+80+52.5）m刚构-连续体系方案

主桥采用预应力混凝土连续钢构箱梁。主跨80 m、77.5 m，边跨52.5 m。边中跨比约为0.67。

主梁为预应力混凝土结构，主梁截面形式为变高度、直腹板单箱双室截面。主梁顶板宽19.3 m，两侧悬臂翼缘板宽3.5 m。

主梁高度：主墩顶4.8 m，高跨比1/16.7；跨中2.4 m，高跨比1/33.3；梁高采用2次抛物线变化。主桥箱梁采用三向预应力体系。

主墩及边墩均采用薄壁墩，墩高约为11 m。中墩墩身截面纵桥向宽度为2 m，横桥向与箱梁底同宽为12.3 m；边墩墩身截面纵桥向宽度为1.8 m，横桥向宽度为11.3 m，墩顶设盖梁。

中跨中墩墩梁固结，中跨边墩设置J Z Q Z-30000支座。

主墩基础采用8根直径1.8 m的钻孔灌注桩，承台高度3.0 m；边墩基础采用6根1.6 m的钻孔灌注桩，承台高度2.5 m。

该方案桩基采用常规钻孔灌注桩施工方法，主墩承台可采用钢板桩围堰法施工，主梁采用挂篮现浇施工。

2.2.2 方案二：主桥（52.5+80+77.5+80+52.5）m连续体系方案

主桥采用预应力混凝土连续箱梁。主梁梁高、顶底板厚度、梁段划分等其它参数均与刚构-连续体系相同。中墩设置J Z Q Z-30000支座，中跨中墩设置固定支座，其余桥墩设置单向支座。

2.2.3 方案三：主桥（52.5+80+77.5+80+52.5）m连续钢构体系方案

主桥采用预应力混凝土连续钢构。主梁梁高、顶底板厚度、梁段划分等其它参数均与刚构-连续体系相同。中跨采用墩梁固结。

3 主桥结构计算及方案比选

3.1 主桥纵向计算

该桥纵向分析采用平面杆系程序”桥梁博士”计算程序。

3.1.1 主要计算参数

（1）恒载：一期恒载为主梁。横隔板、齿块作为外部荷载考虑，不参与结构受力。二期恒载为桥面防撞栏、桥面铺装等。

（2）活载：公路—Ⅰ级，五车道；偏载系数取值1.15。横向分布系数汽车5×0.6×1.15=3.45。

（3）施工环境：年平均相对湿度取RH=80%。

（4）温度模式

均匀温差：升温取+20℃，降温取-20℃。

梯度温度：按照通用规范取值。

合龙温度：以15℃～25℃考虑。

（5）基础不均匀沉降

考虑到桩基础为嵌岩桩，虽然施工中桩基底会有沉淀土厚度，但在悬浇过程中结构恒载作用下的沉降已基本完成，因此，在计算中，边墩取值-1 c m，主墩取值-2 c m。

（6）施工顺序

366 Retrospective analysis on influencing factors of intraoperative indexes of robot-assisted laparoscopic radical prostatectomy

该桥下部结构为群桩基础，采用钻孔施工；上部结构采用悬臂浇注法4个T同时施工，先合龙两个边跨，后合龙中跨。边跨合龙段采用设置临时墩合龙；中跨合龙段采用合龙吊架施工。

（7）构件设计

采用预应力混凝土全预应力构件设计、为现浇施工。

3.1.2 计算结论

经计算分析刚构-连续体系比其它两种体系主梁弯矩要小，跨中弯矩连续体系最大，支点弯矩刚构体系要大。

3.2 下部结构计算

采用M ID AS/ci v i l2012进行计算，结合施工方案及其构造特征进行结构离散。桩土效应采用m法进行计算，换算成节点弹性支撑进行模拟。

3.2.1 施工阶段划分

共划分有31个施工阶段和1个使用阶段。具体施工段划分见表1所列。

表1 主要施工阶段表

3.2.2 主要计算参数

设计参数按照《公路桥涵设计通用规范》(J T G D60-2004)的有关规定取值，取值与上部结构相同，在计算中计入了冲击力、风荷载、制动力。结构离散图见图1所示。

图1 计算结构离散图

3.3 主要计算结论

3.3.1 桥墩承载能力验算对比

从m id a s模型中提取桩基内力进行分析计算对比，对中墩桥墩的墩顶和墩底截面按偏压构件进行顺桥向和横桥向承载能力验算。计算结果见表2～表5所列。

表2 墩顶截面及横桥向内力信息表

表3 墩底截面及横桥向内力信息表

表4 墩顶截面及纵桥向内力信息表

表5 墩底截面及纵桥向内力信息表

通过桥墩内力验算对比，连续钢构体系弯矩较大，桥墩配筋较多，双排32钢筋间距10 c m裂缝宽度接近限值。连续钢构体系方案不经济,在下部结构抗震分析中不再对此方案进行对比分析。

3.3.2 桩基承载能力验算对比

从m id a s模型中提取桩基内力进行分析计算对比，计算结果见表6所列。

表6 桩基内力信息表

桩基承载力均满足要求，连续钢构体系桩基弯矩最大，配筋最大。

3.4 下部结构抗震分析对比

3.4.1 抗震分析建模要点

根据《工程场地地震安全性评价报告》及《公路桥梁抗震设计细则》（J T G/T B02-01-2008），该桥抗震设防类别为B类。设防目标：E1地震作用下，一般不受损坏或不需修复可继续使用；E2地震作用下，应保证不致倒塌或产生严重结构损伤，经临时加固后可维持应急交通使用。

桥址所在抗震设防烈度为7级，建筑场地类型为Ⅲ级，该桥E1、E2作用均采用SM/MM分析计算方法。

抗震分析采用多振型反应谱法，水平设计加速度反应谱S由下式确定：

建模要点：根据规范建立全桥空间动力计算模型，采用M ID AS/ci v i l 2012软件进行计算分析，对结构模型进行加速度反应谱分析计算，模态组合采用S R SS法。全桥考虑土-下部结构-上部结构的共同协同工作抵抗纵、横桥向地震作用。真实模拟桩基础，利用土弹簧模拟桩-土相互作用。

3.4.2 E2地震作用桥墩截面塑性判断

刚构-连续体系：结合截面弯矩曲率分析曲线，固定墩桥墩顺桥向及横桥向E2作用下弯矩均小于屈服弯矩，均处于弹性状态。连续体系：截面弯矩曲率分析曲线，中墩桥墩横桥向E2作用下弯矩小于屈服弯矩，均处于弹性状态，桥墩顺桥向E2作用下弯矩大于屈服弯矩，小于极限屈服弯矩，桥墩处于塑性状态。

连续体系中墩设单个固定支座，顺桥向固定支座桥墩抵抗地震作用，在E2地震作用下，其处于塑性状态。刚构-连续体系中墩两个桥墩固结，两个桥墩抵抗顺桥向地震作用，在E2地震作用下，其处于弹性状态。故刚构-连续体系作为该桥梁主桥的推荐方案。

3.4.3 抗震分析计算结果（刚构-连续体系）

（1）E1作用下对下部结构进行横桥向、顺桥向承载能力极限状态计算对比分析按照最小配筋率均满足承载力要求。

（2）E2作用下承载能力极限状态计算结果见表7所列。

表7 E2作用下承载能力极限状态计算结果表

（3）变形验算

结合截面弯矩曲率分析曲线，根据《公路桥梁抗震设计细则》7.4条及附录B圆形及矩形截面屈服曲率和极限曲率计算，单柱墩允许位移按下式计算：

截面的等效屈服曲率φy=0.004 878（1/m）。

最大允许转角θu=0.378 04。

桥墩允许位移Δu=25.22 c m。

E2地震作用下，2000 a重现期纵向最大位移为15.4 c m。

变位验算满足设计规范要求。

（4）支座验算

E2地震作用下：纵桥向：500 a重现期支座水平最大位置为2.4 c m，2 000 a重现期支座水平最大位置为10.0 c m；横桥向：500 a重现期支座水平最大位置为0.9 c m，2 000 a重现期支座水平最大位置为3.0 c m。

边墩及中边墩支座纵横向位移量满足要求。

E2地震作用效益和永久作用效益组合的支座水平力设计值满足支座水平力要求。

4 结语

通过结构计算选定钢构-连续体系是该桥梁主桥的最合理、最经济的方案。

在设计中，设计人员应结合桥址水文条件、施工条件、墩柱高度等选择合理、经济的结构体系。

[1]王文涛.刚构-连续组合梁桥[M].北京:人民交通出版社，1997.

U442.5

B

1009-7716（2017）06-0110-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.032

2017-03-01

代宇勇（1980-），男，河南郑州人，工程师，从事桥梁工程设计工作。