鄧安泰
(南昌市城市規(guī)劃設計研究總院,江西南昌330038)
摘要:南昌市桃花路跨越南桃花河橋為兩跨變截面預應力混凝土梁與自錨式懸索組合體系橋。橋的跨徑布置為50 m+50m。著重介紹橋梁的總體布置、結構設計及沒計創(chuàng)新點。
關鍵詞:部分自錨式懸索橋;變截面連續(xù)箱梁;組合體系;橋梁設計
中圖分類號:U448.25文章編號:1004-4655( 2016) 02-0013-03
1工程概況
桃花路位于南昌市朝陽洲片區(qū),是一條城市主干道。其北起洪城路,南至昌南大道,全長約5.2 km,道路在中心樁號K2+008.968處跨越南桃花河,河道寬度達95 m。南桃花河為南昌市朝陽新城片區(qū)重要的景觀河道,毗鄰橋位處河道南側為南昌市新動物園,是市區(qū)旅游觀光的重要景點,對橋型景觀要求較高。
橋位處道路平面位于圓曲線上,道路中心線圓曲線半徑1 200 m。設計行車速度為50 km/h,汽車活載為城-A級,人群荷載為3.5 k N/ m2。風荷載為50 a-遇,設計基本風速27.2 m/s。溫度荷載:體系溫度為極限最高氣溫43.2℃,極限最低氣溫-9.9℃。日照溫差:遵照JTG D 60-2004《公路橋涵設計通用規(guī)范》?拐鹪O防烈度為7度。設計基本地震加速度值為0.1g,設計特征周期為0.35 s。場地類別為Ⅱ類,設計地震分組為第一組。橋梁設計基準期為100 a,環(huán)境類別I類。
2橋型總體布置設計
根據(jù)道路平面布置、河道寬度及景觀設計等因素綜合考慮,選取自錨式懸索橋方案,自錨式懸索橋在中小跨徑上是一種既經濟又美觀的橋型。
初步設計方案為三跨變截面預應力混凝土梁與自錨式懸索組合體系橋,跨徑布置為25 m+
60 m+25 m。主梁采用三跨變截面預應力混凝土連續(xù)箱梁;主塔及纜吊采用雙塔三纜面形式。但橋梁跨徑較小,橋寬接近50 m,橋梁縱向和橫向立面景觀不協(xié)調,上部結構顯得繁雜,故該方案未被采用。
優(yōu)化方案采用兩跨變截面預應力混凝土梁與自錨式懸索組合體系橋,跨徑布置為50 m+50 m。主梁采用變截面預應力混凝土連續(xù)箱梁;主塔及纜吊系統(tǒng)采用獨塔單纜面形式,布置在中央綠化帶內,總體布置形式見圖1、圖2。
優(yōu)化方案的橋型較好地結合道路橫斷面,上部結構簡潔,在空間上視野比較開闊。最終推薦該橋型方案,橋型效果圖見圖3。
設計橋型為50 m+50 m兩跨變截面預應力混凝土梁與自錨式懸索組合體系橋,即部分自錨式懸索橋。國內自錨式懸索橋多采用三跨形式,獨塔兩跨式自錨式懸索橋較少,本橋根據(jù)河道寬度將兩跨變截面箱梁與自錨式懸索相結合,將受力不利的兩跨梁橋轉化為受力合理的橋梁結構,造型獨特美觀。
由于本橋跨徑較小,橋面較寬,預應力混凝土變截面箱梁剛度大,可以承擔主要的荷載;纜索承擔較小部分荷載,主梁和纜吊系統(tǒng)的內力通過吊桿力調整。本橋為單塔單纜面結構、獨柱橋塔,豎直方向上設置1根大纜,雙側纜索的理論垂跨比為
1:16.67,豎直吊索間距5m。
3結構設計
3,1主塔及橋墩設計
考慮到橋寬達44 m,主墩采用分離式橋墩,橫橋向設3個墩柱,墩柱間距14 m,斷面尺寸為2.8 m×4.2 m,承臺高度2.5 m。每個墩柱基礎采用
4根西180 cm鉆孔灌注樁,持力層為弱風化泥巖。
主塔采用鋼筋混凝土結構作為主體受力構件,主要承擔主纜傳遞豎向力及不平衡水平力。塔柱與主梁箱體澆為一體。
橋面以上主塔高21.7 m,塔柱為實體矩形局部內凹截面。截面尺寸橫橋向×縱橋向為1.8 m×2.2 m(塔底)、1.8 m×3.2 m(上部最大截面)。塔身為單向變截面,橫向截面寬度保持不變,縱向由2.2 m直線漸變至塔上部為3.2 m,然后收窄至塔頂。
3.2主梁設計
主梁為兩跨變截面連續(xù)箱梁,單箱七室。1/2箱梁縱剖面圖見圖4。梁高由1.7 m漸變到3m,在端橫梁處加高為2.2 m。
主纜錨固區(qū)的梁端高2.2 m,實體截面,主要用作端橫梁及主纜錨固。
標準段箱梁上翼板寬44 m,兩側懸臂外挑4m,頂板厚25 cm,箱底板寬36 m,厚25 cm。除支點處腹板加厚至80 cm外,其余腹板均為50 cm。
箱梁在吊桿錨固處設1道厚30 cm的橫隔板。吊桿穿過橫隔板錨固在箱梁底面。
主梁采用雙向預應力結構體系,橋面板內的橫向預應力每50 cm設置1道,縱向預應力布置在腹板、頂?shù)装。主梁采用滿樘支架現(xiàn)澆施工方法。
3.3纜吊系統(tǒng)設計
1)纜索系統(tǒng)總體布置。本橋主纜由兩跨組成,主跨的理論垂跨比1:16.67。主纜在橫斷面上布置為單纜面。每跨順橋向設7個吊索吊點,吊點間距為5m,全橋共14個吊索吊點,共計14根吊索。
2)主纜構造。主纜為單纜面,矢跨比約為1/16.67。主纜采用PES7-313成品纜索(外擠雙層彩色PE),破斷荷載為20 116 k N。標準強度,,k=1 670 M Pa,安全系數(shù)K>2.5。主纜采用冷鑄錨錨固體系,每根主纜兩端分別錨固在端橫梁及主塔上。
3)吊索及索夾構造。全橋吊桿共14根,吊桿縱向間距5.0 m。吊桿采用單根PES5-55成品拉索(外擠雙層彩色PE),冷鑄錨錨固體系。
吊桿與索夾采用耳板銷接,下端與梁體為冷鑄錨錨固,張拉端設在箱梁底部。索夾為2個鑄鋼半圓構件,采用高強螺栓對接(左右對接),全橋共有14個索夾。索夾及附件的防腐措施采用噴涂防腐油漆,油漆分多道噴涂。
4結構分析
對于兩跨變截面預應力混凝土梁橋而言,中支點的負彎矩很大。本橋采用兩跨變截面預應力混凝土梁與白錨式懸索組合體系橋形式,從設計思路上通過吊桿的作用,調整箱梁的內力,實現(xiàn)梁體內力重分布,減少箱梁跨中的正彎矩及中支點的負彎矩。
橋梁整體計算采用有限元分析程序MIDAS civil 2006版和橋梁博士3.0版。圖5給出連續(xù)梁橋和組合體系橋正常使用極限狀態(tài)短期效應組合主梁正應力的對比圖。2種橋型主梁配同樣的預應力鋼束,跨中和中支點正應力存在較大差值(見表1)。由圖5和表1可知,采用組合體系橋的主梁應力線較為平滑,應力分布較均勻,對結構受力有利。
5施工方法和步驟
6結語
目前國內在中小橋設計上創(chuàng)新比較多,本橋將梁橋自身受力與自錨式懸索相結合,改善主梁的受力,取得較好的效果。該橋已于201 1年5月建成通車,運營至今,一直良好。
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