泸州市渡改桥九支大桥主桥设计

周海波 乔建强

【摘要】泸州市渡改桥工程九支大桥主桥为（117+225+117） m预应力钢筋混凝土部分斜拉，采用塔梁固结、墩梁分离体系。主梁采用单箱三室断面，采用悬臂浇筑施工;索塔为单柱式花瓣造型;斜拉索为单索面双排索，采用扇形布置，斜拉索梁端采用齿块锚固于主梁箱室内，塔端采用分丝管式索鞍，索塔设置抗滑装置。主墩为花瓶造型的双箱空心薄壁墩，基础为钻孔灌注桩群桩基础。文章重点介绍主桥结构设计及相关计算。

【关键词】部分斜拉桥; 塔梁固结; 结构设计; 结构计算

【中国分类号】U442.5+4【文献标志码】A

铁路与公路

部分斜拉桥主要以梁的受弯、受压、受剪和索的受拉来承受竖向荷载，主梁以压弯为主，与一般斜拉桥相比，主梁要承受较大的弯矩，梁高较大，整体刚度主要由主梁提供，斜拉索的刚度起辅助作用，因此主梁比一般斜拉桥的梁部刚度要大，是介于斜拉桥与連续梁之间的一种桥型。 其主梁截面形式更接近于连续梁或连续刚构，在边孔与中孔跨径比方面，部分斜拉桥没有端锚索与边墩连结，其边中跨比也更接近连续梁结构，一般在0.5～0.6之间[1-3]。

1 工程概况

泸州市渡改桥九支大桥工程起自四川省合江县九支镇县道X003，跨越赤水河及河滨西路后，沿人民南路接引道，止点接于赤水市红军大道形成“T”字形道路连接。路线全长1 255.402 m，其中桥梁长764 m（主桥孔跨布置为（117+225+117） m预应力混凝土部分斜拉桥，引桥长305 m）。

九支大桥位于赤水河蛤蟆口滩尾深槽河段至柴块滩滩头之间，桥位上游为大田谷弯道，桥位附近及下游河段较为顺直。桥位河段枯水河宽约160 m，河床底质为基岩，不易受水流冲蚀，具有较强的抗冲性，河床多年来一直稳定。桥区段为Ⅴ级航道，其通航净宽要求不小于139 m，净高不小于8 m，水流方向与桥轴线夹角约为10 °（图1）。

2 主要技术标准

（1）公路等级：双向四车道一级公路（兼顾集散功能）。

（2）设计速度：60 km/h。

（3）设计荷载：公路-I级，人群荷载2.5 kN/m2。

（4）通航等级：Ⅴ级，通航净空高度8 m。

（5）设计洪水频率：1/300。

（6）地震基本烈度：Ⅵ度，地震动峰值加速度：0.05g。

3 主桥总体设计

3.1 平、纵、横设计

经前期工可、初步设计阶段桥位充分比选，九支大桥桥位最终确定在距离下游赤水河一桥约1.9 km。受两侧既有建筑物和红线宽度限制，赤水岸部分主、引桥处于平曲线段内，曲线半径200 m，赤水岸主桥边跨约40.6 m处于缓和曲线段。

标准宽度段主桥桥面宽度为24 m（图2），横断面布置为：0.25 m人行道栏杆+2.0 m人行道+0.75 m硬路肩+2×3.5 m车行道+0.5 m路缘带+3.0 m中央分隔带（拉索锚固区）+0.5 m路缘带+2×3.5 m车行道+0.75 m硬路肩+2.0 m人行道+0.25 m人行道栏杆。

3.2 桥孔布置

九支大桥跨越赤水河，航道等级为Ⅴ级航道，主跨跨径需满足通航净跨需求;另外桥位位于长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区。在满足通航、渔评相关专项论证要求下，主桥跨径最终确定为（117+225+117） m。

4 结构设计

4.1 主梁设计

主桥箱梁采用三向预应力体系，按C60全预应力构件设计，主梁采用变高度单箱三室截面（图3）。顶板标准段宽24.0 m，赤水岸边跨变宽段，顶板宽度为24～26 m;标准宽度段顶板悬臂长度3.308 m，赤水岸变宽段采用调整悬臂长度适应路线变宽，顶板悬臂长度3.308～4.308 m。跨中梁高3.2 m，主墩顶梁高7.8 m，梁底曲线按1.8次抛物线形变化，中跨直线跨长57.0 m，边跨直线长33 m。标准宽度段顶板悬臂长度3.308 m，顶板板厚28 cm，底板板厚由跨中28 cm按1.8次抛物线形变化至3#截面65 cm，1#节段底板后从3#截面65 cm线性变化至2#截面85 cm。中腹板为直腹板，板厚为45 cm。边腹板为斜腹板（1∶0.29），1#节段腹板厚度从80 cm渐变至70 cm;悬浇段至合龙段边腹板厚度为70 cm、60 cm、50 cm三种厚度，分两次渐变。悬臂板端部厚20 cm，根部板厚75 cm。在支点和斜拉索锚固处设置横隔板，横隔板上设有人孔。

主墩处主跨侧主梁无索区长度39.8 m，根部无索区与主跨跨径比为0.177。跨中无索区长度33.4 m，跨中无索区长度与主跨跨径比为0.148;拉索区长度56 m，主梁上索间距4 m。主梁零号块长度为11 m，悬臂施工节段长度分为3×3.5 m、23×4.0 m、3.5 m，全桥共设3个合龙段，中跨合龙段长度为2.0 m，边跨合龙段长度为1.5 m，边跨现浇段共长3.82 m。为保证主梁悬臂施工，零号块下设临时固结块，固结块与零号块同时采用C60混凝土浇筑，中跨合龙后并张拉合龙束后切除临时固结块进行体系转换。

4.2 索塔及斜拉索设计

主桥索塔采用单柱式花瓣造型索塔（图4）。索塔采用C50钢筋混凝土实心矩形截面;索塔高32 m，纵向桥宽2.2 m;横桥向索塔底部宽8 m，索区横桥向宽4.5 m，顶部横桥向宽6 m。索塔放置于主梁3 m宽分隔带内，与主梁0号块固结。塔端索间距为0.8 m。斜拉索为单索面双排索，梁端布置在中央分隔带上，锚固于主梁中箱内，全桥共60对索。斜拉索采用环氧喷涂钢绞线单层无粘接筋，索体由多股无粘结高强度平行镀锌钢绞线组成，外层装有HDPE护套管。单根钢绞线规格直径为15.24 mm，规格为31（37、43）-ΦS15.2三种规格，其标准强度fPK=1860 MPa。斜拉索采用两端梁体箱室内对称张拉，梁端锚具采用M250可换索式群锚体系;索塔采用分丝管索鞍以便斜拉索通过，索塔两侧采用单侧双向抗滑锚固装置，抗滑键布置于转向鞍的一侧，抗滑性能好且施工方便（图5）。

4.3 下部结构设计

主墩均采用花瓶造型。九支岸主墩较矮，墩高9.5 m，采用实心墩设计;赤水河岸主墩墩高20 m，采用花瓶形双箱空心薄壁墩。主墩横桥向宽12～15.7 m，顺桥向宽8.5 m，标准段边壁厚80 cm，中壁厚100 cm，主桥主墩各设置三个100 MN大吨位球型拉索钢支座。主墩下采用承台接群桩基础。承台为矩形截面，外形尺寸：20.5 m（横）×16.5 m（纵），承台厚度5 m。九支岸主墩基础采用土围堰施工，赤水岸主墩基础采用组合围堰（钢板桩+咬合桩）施工。根据通航报告论证，河道内主桥墩应设置防撞设施，桥墩防撞设施按300 t级船舶撞击标准设防;九支岸桥墩处于岸上不再设置防撞设施，赤水岸设置不随水位变化的固定式防撞体，防撞体顶面高于最高通航水位不小于1.3 m。

交界墩采用透空的双柱花瓶墩，墩顶设置盖梁，盖梁按A类预应力构件设计;承台底设置4根桩径为1.8 m的桩基础。所有桥墩基础采用冲孔灌注桩。

5 结构分析计算

5.1 计算模型

总体静力计算采用Midas Civil 2019（图6），整体分析有限元模型所有桥梁的主要部位都进行准确反映，混凝土主梁采用单主梁模型，采用空间梁单元模拟;斜拉索采用桁架单元模拟，索塔采用考虑剪切变形的空间梁单元模拟。模型按施工流程进行施工过程加载。

5.2 主要计算结论

（1）正截面抗弯、斜截面抗剪承载能力验算（图7、图8、表1、表2）。

主梁持久状况正截面抗弯、斜截面抗剪承载能力效应-抗力包络图见图7、图8，由图表1、表2可见：主梁的正截面抗弯、斜截面抗剪承载能力验算满足规范[4]要求。

（2）短暂状况主梁应力计算结果。施工过程中，主梁最大拉应力为1.1 MPa，该应力出现在体系转换时主梁下缘。主梁最大压应力为-19.8 MPa，出现在张力预应力束时主梁上缘。短暂状况下主梁受力满足规范要求。

（3）持久状况正常使用极限状态抗裂验算。①结构正截面抗裂验算。持久状况正常使用极限状态下主梁墩顶位置顶缘最小压应力为1.9 MPa，在跨中底缘最小压应力为0.62 MPa，主梁全截面均处于受压状态，正截面抗裂满足规范要求。②结构斜截面抗裂验算。持久状况正常使用极限状态下斜主梁全截面均处于受压状态，正截面抗裂满足规范要求最大主拉应力为0.75 MPa，小于规范规定的1.14 MPa，满足要求。

（4）持久状况正常使用极限状态最大压应力验算。主梁正截面最大压应力力为18.33 MPa小于规范规定值19.25 MPa;主梁斜截面最大主压应力为14.4 MPa小于规范规定值23.1 MPa;均满足要求。

（5）主梁刚度验算。在正常使用极限状态，考虑挠度长期增长系数后主梁活载作用下中跨主梁挠度为1.4×12.47 cm=174.6 mm小于L/600，滿足要求[5]。

（6）索塔强度验算。索塔承载能力验算最小安全系数1.22，也处于塔柱变截面段顶部。竣工时，九支侧桥塔塔顶向岸侧偏0.54 cm，赤水侧桥塔塔顶向江侧偏0.22 cm。成桥10 a后，九支侧桥塔塔顶向江侧偏1.5 cm，赤水侧桥塔塔顶向江侧偏7.9 cm。

（7）斜拉索验算。成桥运营阶段，斜拉索最大应力876.6 MPa，斜拉索最小安全系数为2.12。汽车荷载作用下拉索最大应力幅为61.83 MPa，小于250 MPa，满足要求。

（8）抗震计算及稳定分析。抗震计算根据规范JTG/T B02-01-2008《公路桥梁抗震设计细则》进行计算，桥梁抗震设防类别为A 类，场地类别为Ⅱ类，抗震设防烈度为6度，地震动反应谱特征周期为0.4 s。

本桥抗震分析采用反应谱法进行计算，经计算主桥在永久作用效应+地震作用效应（E1、E2）组合下承载能力极限状态验算均满足规范要求。

主桥结构动力特性前4 阶结构自振频率及振型特征见表3。主桥施工阶段最小稳定系数为13.74，成桥运营阶段最小稳定系数14.90，稳定系数均大于4，满足要求。

6 结束语

九支大桥是泸州市渡改桥工程之一，是连接泸州市合江县与遵义市赤水市的重要通道，同时是兼顾集散功能的景观桥梁。目前本桥已进入主梁悬臂施工阶段。该桥索塔及主墩造型优美，结构新颖，技术难度大。部分斜拉桥是梁式桥与 斜拉桥的一种组合体系桥梁，兼顾两种桥型的的优点，目前部分斜拉桥已在全国得到推广应用。本桥的结构设计可为部分斜拉桥设计积累经验，也提供了工程参考。

参考文献

[1] 彭卫国，崔铁万，朱孟君.荷麻溪大桥部分斜拉桥设计[J].公路，2007（5）：87-89.

[2] 关伟.浮山县丞相河特大桥主桥结构设计[J].山西交通科技，2018（5）：61-65.

[3] 刘士林，王似舜.斜拉桥设计[M].北京.人民交通出版社，2006.

[4] JTG 3362-2018 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[5] JTG/T D65-01-2007 公路斜拉桥设计细则[S].