主跨150m矮塔斜拉桥设计要点分析

王金磊

（安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司；公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心，安徽 合肥 230088）

1 工程概况

文山路桥位于江淮沟通段航道上，原桥处老桥跨径布置为5×20m预制空心板桥，斜交45。，桥面全宽30m。桥下通航净宽和净高均不满足通航要求，需对老桥进行拆除重建。桥位属于江淮丘陵地形，起伏多变，岗冲相间且呈条带状分布，落差较大。桥位位于江淮之间，年平均气温在15℃～16℃之间，极端最低气温－20.6℃，极端最高气温38℃以上[1]。

2 技术标准

道路等级：城市次干道；汽车荷载：城-A级；设计行车速度：40km/h；桥位处地震动峰值加速度为0.10g；通航条件：航道规划等级为Ⅱ级，通航净宽115.3m,净高10.0m,最高通航水位12.19m（20年一遇），最低通航水位5.80m（98%保证率）；设计洪水频率：1/100。

3 主桥总体方案设计

3.1 纵向布置

文山路桥全长695.2m(含桥台)，主要控制点为引江济淮河道。主桥采用（90+150+90）m预应力混凝土矮塔斜拉桥，全长330m，主桥整幅布置，全宽为35.0m；引桥采用30m预应力混凝土现浇箱梁，分幅布置，单幅桥宽16.5m。

3.2 横断面布置

本桥主梁为预应力混凝土整体式箱梁，箱梁在主塔处高度6.0m，跨中合拢段处高度3.0m，桥面横坡2％由箱梁腹板变高形成。箱梁宽度为35m，两侧悬臂均为7m， 箱梁顶板厚28cm， 箱梁底板厚度32～100cm，箱梁梁高和底板厚度均按照二次抛物线变化。

拉索区标准横隔板每350cm布置1 道，主梁从第6#节段开始每隔一个节段设置1 道斜拉索。标准横隔梁中室处厚度为50cm，边室处厚度为30cm。拉索锚固点距离顶板距离为120cm。

3.3 索塔设计

主塔采用独柱“人”字形分支塔，布置在中央分割带上，塔高33m，塔顶6m为塔尖装饰段；塔身设置鞍座以便拉索顺利通过，主塔横桥向宽度为2.5m，主塔由塔尖下断面向下15m采用变截面设计，截面尺寸为2.5×3.5m～2.5×6.5m，下塔柱采用分支设计，分支断面尺寸为2.5×2.2m。

3.4 斜拉索设计

全桥斜拉索共14对，最长索约143.2m，最短索约59.9m，单根重3.6t～11.7t，均采用成品索。斜拉索为单索面，全桥共横桥向双排布置，梁上索距7.0m，塔上索距1.5m，拉索采用55根镀锌钢绞线组成。

3.5 下部结构设计

主墩采用门式实体桥墩，横桥向墩宽18m，顺桥向墩顶宽9m，向下过渡至5.5m，主墩高13m；墩下为承台接群桩基础，承台为整体式，长23.2m，宽18.2m，厚5.0m；承台下为20根直径2.0m桩基础。

图1 主桥桥型布置图（单位：cm）

4 主桥结构计算分析

4.1 计算参数

主梁混凝土：C55混凝土 fck=35.5MPa，ftk=2.74MPa，Ec=3.55×104 MPa；主塔C50混凝土fck=32.4MPa，ftk=2.65MPa，Ec=3.45×104MPa；桥面铺装为8cm厚C40防水混凝土+10cm沥青混凝土。

普通钢筋：HPB300 钢筋 fsk=300MPa，Es=2.1×105MPa,HRB400 钢筋 fsk=400MPa，Es=2.1×105MPa。

4.2 计算荷载

①一期恒载：包括主梁、桥塔自重，按实际断面计算，横梁按集中荷载计算。

②二期恒载包括桥面铺装、防撞钢护栏、人行道板等。

③支座沉降：主墩基础取0.02m，过渡墩基础取0.01m计算。

④汽车荷载及其汽车冲击力

汽车荷载：城-A级。

⑤人群荷载

人群荷载标准值参照文献[3]4.3.5条取值；

⑥汽车制动力

参考文献[3]计算。

⑦温度荷载

温度荷载：体系升温25℃，体系降温-25℃，按10cm沥青铺装考虑，主梁温差采用非线性梯度温度14℃、5.5℃、0℃，同时按规范计入温度负效应；桥塔、斜拉索采用±10℃。

4.3 计算模型

对左侧主墩处设置固定支座，其余墩顶设置竖向约束，纵向活动，横向约束。

4.4 主梁纵向计算结果分析

4.4.1 主梁正常使用状态下结果分析

预应力混凝土主梁的验算应满足文献[2]的要求。

①持久状态正常使用极限状态下正截面最小正应力验算

主梁最小正应力为1.1MPa，位于边跨顶缘位置处，主梁全截面受压；

②持久状态正常使用极限状态下正截面最大正应力验算

主梁正截面最大压应力值为16.7MPa，小于0.5fck=17.75MPa。

③持久状态正常使用极限状态箱梁斜截面抗裂验算

主梁在正常使用极限状态下最大主拉应力：最大主拉应力为-0.8MPa，位于桥墩底部附近，满足规范小于0.4ftk（1.096MPa），抗裂验算满足要求。

鄂麦398为半冬性品种，鄂北地区在10月中下旬播种，鄂东南、江汉平原麦区在10月下旬至11月初播种，不宜太晚。

④持久状态正常使用极限状态箱梁斜截面最大主压应力验算

主梁正截面最大压应力值为16.7MPa，小于0.6fck=21.3MPa，主梁截面斜截面最大压应力满足要求。

4.4.2 主梁承载能力状态验算

上部结构各控制截面持久承载能力极限状态均满足规范要求。

4.4.3 主梁正常使用极限状态挠度分析

参考文献[2]关于梁桥挠度的相关规定，主梁最大扰度处不应超过跨径的1/600。

根据计算结果，在活载作用下，主纵梁最大负挠度值为-58mm，正挠度为25mm，位移差值为83mm，满足规范要求。

4.4.4 主塔正常使用状态下结果分析

钢筋混凝土索塔的验算应满足文献[2]的要求，作用短期效应组合（组合最大压应力采用标准组合即组合III）的应力：

索塔在运营阶段短期效应组合下全截面受压，最大压应力为10.4MPa，应力状况良好。塔顶最大挠度为3.8cm，挠度较小。

4.4.5 斜拉索正常使用状态下结果分析

最外侧斜拉索在正常使用阶段的应力最大，最大拉应力值为836MPa，小于0.5fpk=990MPa，对应拉索安全系数为2.22，满足文献[4]要求，拉索最大应力幅为46MPa，应力幅小于100MPa。

5 结语

本文对文山路主桥（90+150+90）矮塔斜拉桥，对其结构方案进行了介绍，并利用桥梁博士软件进行了有限元分析，结果表明各项指标均满足规范要求，其造型方案、构造措施、计算分析方案为同类桥梁提供参考依据。