赤水河大桥总体设计及静力分析

冯啸天，高晓虎，黄灿

（中交第四航务工程局有限公司，广东 广州 510290）

1 工程概述

简州新城方家林大道位于成都东部新区起步区，北起龙新大道，南至成龙简快速匝道，双向八车道，赤水河大桥分左、右两幅，起点桩号为K0+785.3m，终点桩号为K0+974.7m，桥面总宽50m，单幅宽度为24.75m，桥位处基岩面有一定起伏。其中泥岩具球状风化特性，是影响桩基础的不利因素[1]。

2 设计指标

（1）道路等级为城市主干路。

（2）设计时速为60 公里/时。

（3）设计荷载：汽车荷载等级为城-A级；人群荷载：按照现行《城市桥梁设计规范》执行；人行道栏杆扶手上竖向荷载：1.2kN/m；水平向外荷载：2.5kN/m。

（4）设计基准期为100 年。

（5）设计使用年限：主体结构为100 年；附属设施中可更换部件为15 年。

（6）设计安全等级为一级，其中结构重要性系数取1.1。

（7）桥面横坡为车行道双向1.5%，人行道单向2%。

（8）通航要求：无。

（9）设计洪水频率：1/100。

（10）地震基本烈度：地勘报告揭示地区地震动峰值加速度值为0.1g，地震动反应谱特征周期为 0.45s。

（11）抗震设防标准：本桥为丙类桥梁，抗震设计方法为C 类；抗震措施按7 度设防，均依据现行《城市桥梁抗震设计规范》执行。

（12）管线荷载：本桥单幅管线荷载不大于5kN/m。

（13）桥面防水等级：Ⅰ级；

（14）防撞护栏等级：SA 级；

（15）本图平面1980 西安坐标系、1985 国家高程基准。

3 总体设计

3.1 总体布置

本桥上跨赤水河无通航要求，从桥梁经济性以及为了降低梁高以达到减少北岸平交口填方两方面考虑，希望采用较小的主跨，但为配合片区总体景观要求则希望有较大的桥跨，以利于桥梁造型，同时为了减少水中施工难度，也希望采用较大桥跨，以减少水中桥墩数量；综合考虑后，结合业主要求，本项目布跨为（50+80+50）m，采用三跨变高度预应力混凝土现浇连续箱梁。

赤水河大桥横向设置双向8 车道，设计行车速度60km/h，单幅宽度为24.75m 具体布置为：3.0m（人行道）+6.5 m（辅道）+3.5m（绿化带）+11.25m（机动车道）+0.5m（防撞墙）=24.75m。桥型布置见上图：寸为7.4×4.0m，两承台用系梁相连，系梁为6.25×2.5m，基础为直径为2.0m 钻孔灌注桩。

桥型布置图

3.2 主梁设计

主梁为变高度预应力混凝土现浇连续箱梁，单箱三室直腹板断面，单箱顶宽24.75m，底宽19.75m，翼缘板长2.5m。支点处梁高5.0m，高跨比1/16，跨中以及端部梁高2.2m，梁高从跨中至距主墩中心1.75m按2 次抛物线变化，底板下缘曲线可写为方程式：Y=0.0019138 X2(m)。腹板变厚度80cm(支点)～45cm（跨中），底板厚度则按照2 次抛物线变化，底板变厚度55cm(支点)～25cm（跨中），底板厚度可写为方程式：Y=0.0016791X2-0.25（m），顶板厚度25cm，悬臂板端部厚20cm，根部厚60cm。设支点横隔梁，主墩顶处横隔梁厚度350cm，两侧端横梁厚度等于250cm，全桥其余部位均不再设横隔梁，腹板上方间隔5m 设通10cm气孔。

主桥采用纵向预应力体系，按全预应力混凝土构件计算，采用混凝土等级为C55。全桥纵向预应力钢束采用φs15.2 的钢绞线，为高强度低松弛钢绞线，标准强度fpk 不低于1860MPa，纵向预应力管道采用塑料波纹管。钢绞线应符合现行标准《预应力混凝土钢绞线》，锚具采用符合现行标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器》要求的锚具，塑料波纹管采用国现行标准《预应力混凝土桥梁用塑料波纹管》。纵向预应力钢束采用平、竖弯相结合的方式布置，压浆真空辅助压浆技术，应在张拉后48h 内完成。

3.3 主墩及基础

桥墩均采用柱式墩，墩柱柱底尺寸为2.2×2.2m，柱顶尺寸为3.0m（横桥向）×2.2m（纵桥向）。承台尺桥台采用U 型桥台，基础为直径1.3m 钻孔灌注桩。本桥桩基础均按嵌岩桩设计。

主梁支座处1/2 构造图 主梁跨中1/2 构造图

3.4 其他附属设施

支座：支座采用盆式橡胶支座，其技术性能应满足《公路桥梁盆式支座规格系列》（JT/T 391-2019）。

伸缩缝：全桥伸缩缝采用D160 型伸缩缝。伸缩缝需在厂家技术代表的指导下安装，安装时应注意根据实时温度确定其伸缩缝安装宽度值。

护栏：人行道护栏采用钢护栏，中央分隔带处采用混凝土防护栏。

桥面铺装：桥面铺装为4cmSMA-13+6cmAC-20C+聚合物改性沥青PB(Ⅱ)防水层。

3.5 施工方案

赤水河大桥采用满堂支架施工，施工前施工承包商应结合现场实际情况及本册图纸中支架设计示意图，制定详细的施工方案，经专家评审后报相关水利部门审批通过后实施。此外，除现行标准《公路桥涵施工技术规范》中规定外还应注意以下，整孔支架应先搭建，充分观测支架的沉降量。混凝土浇筑混凝土前预压支架，预压重量不得小于箱梁恒重的1.25 倍，预压时间不小于72h，已检验支架的承载能力，减少后期非弹性变形。观测支架沉降满足要求后方可施工。施工步骤概略详见下图：

4 主梁静力分析

主梁采用三维有限元计算软件Midas Civil 选取连续梁桥单幅结构进行纵向模拟控制计算，全桥共划分为78 个单元；边界条件按实际条件建模。

单幅主梁成桥阶段模型图

4.1 主梁支座反力计算

标准组合下，主跨支座最大支反力为37114.6kN，桥台支座最大支反力为6836.3kN，选用抗震盆式橡胶支座DFKZ37.5X 和DFKZ8X 系列，满足要求。

标准组合下支座反力

4.2 主梁承载能力验算

正截面抗弯承载能力按现行规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362－2018）中5.2.2-1 式计算。持久状况承载能力极限状态，主梁的抗弯承载力计算满足规范要求，如下图：

承载能力极限状态抗弯验算包络图

斜截面抗剪承载能力按现行规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中5.2.7-1 式计算，持久状况承载能力极限状态，主梁的抗剪承载力计算满足规范要求，如下图（墩顶段考虑了横隔梁的作用）：

承载能力极限状态抗剪验算包络图

4.3 主梁截面抗裂验算

主桥按全预应力构件设计，主梁正截面抗裂性按现行规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中6.3.1-2 式计算，计算结果表明，主梁截面上、下沿最小压应力为1.14MPa，不出现拉应力，故主梁在荷载短期效应组合下正截面抗裂满足规范要求，如下图：

正截面抗裂验算包络图

主桥按全预应力构件设计，斜截面抗裂性按现行规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中6.3.1-6 式计算，计算结果表明，主梁的最大主拉应力为0.60MPa，故主梁在短期效应组合下斜截面抗裂性满足规范要求，如下图：

斜截面抗裂验算包络图

4.4 主梁混凝土压应力验算

使用阶段主梁的正截面压应力应满足现行规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中7.1.5-1式σcc ≤0.5fck ＝17.75MPa，计算结果表明主梁正截面混凝土在使用阶段最大压应力为15.0MPa，满足规范要求，如下：

正截面压应力验算包络图

使用阶段主梁的正截面法向压应力应满足现行规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中σcc ≤0.6fck ＝21.3MPa，计算表明主梁混凝土上沿最大主压应力14.9MPa，为局部位置，满足规范要求，如下图：

混凝土最大主压应力验算包络图

5 结论

根据总体设计论证及静力分析验算，结果表明赤水河大桥主梁满足承载能力极限状态、正常使用极限状态的各项要求，满足持久状况和短暂状况下受力计算要求，桥梁设计是满足安全、耐久、适用、环保、经济和美观的原则，按设计建造出来的构筑物能满足安全使用的功能