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 孫朝輝

 （中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北武漢430014）

摘要：根據(jù)橋址自然條件及景觀要求，藏龍二橋主橋采用( 40 +5×60 +40)m多孔V形剛構(gòu)橋，聯(lián)長(zhǎng)380m，墩身高度5.5~8.5 m。主梁采用單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用V形墩。設(shè)計(jì)中通過(guò)聯(lián)中合理設(shè)鉸及采用合理的樁基布置形式和樁徑，實(shí)現(xiàn)多孔長(zhǎng)聯(lián)V形剛構(gòu)橋的建設(shè)。

關(guān)鍵詞：橋梁；預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)；V形剛構(gòu)；多孔；長(zhǎng)聯(lián)

中圖分類號(hào)：U448.23 文章編號(hào)：1004-4655( 2016) 02—0024-03

 武漢市江夏區(qū)藏龍二橋位于武漢市江夏區(qū)藏龍島科技園區(qū)。大橋起點(diǎn)位于中洲島，橫跨湯遜湖風(fēng)景區(qū)湖汊，止于栗廟村楊橋湖大道。藏龍二橋建成后將成為江夏主城連通藏龍島、大光谷的最快通道。對(duì)開發(fā)中洲島旅游資源、推動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要意義。橋梁全長(zhǎng)744.5 m，橋梁寬度為27.5 m，雙向六車道，兩側(cè)各設(shè)2.25 m寬人行道，設(shè)計(jì)荷載：城-A級(jí)，人群3.5 k N/m2，橋下通航凈空按Ⅵ級(jí)航道考慮。

 橋位周邊地勢(shì)起伏較小，橋位處水面寬約510 m，水深2～3m。地貌類型為垅崗地形，屬長(zhǎng)江三級(jí)階地。地層自上而下依次為人工填土、黏土、殘積土、強(qiáng)、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。

1橋型總體設(shè)計(jì)

 結(jié)合建橋自然條件，本著“安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀”的原則，經(jīng)多方案比選后，主橋選用( 40+5×60 +40)m多孔 V形剛構(gòu)橋，主橋總體布置見(jiàn)圖1。主橋采用V形剛構(gòu)橋方案，結(jié)構(gòu)新穎美觀，總體布局合理，與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)性好。

 V形剛構(gòu)是一種多跨連續(xù)梁和剛架的混合體系，兼有剛架和梁的力學(xué)特點(diǎn)，由于V形墩的斜腿減小主梁的跨度，使梁的最大正、負(fù)彎矩峰值明顯降低，從而使梁的建筑高度得以減小。V形剛構(gòu)雖能使上部建筑高度減小，但其受力狀態(tài)發(fā)生較大變化。在結(jié)構(gòu)自重、溫度、混凝土收縮、徐變等作用下，主墩墩底會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)力，特別是墩身高度較小，多跨連續(xù)時(shí)，影響尤為嚴(yán)重。

 主橋聯(lián)長(zhǎng)為380 m，墩身高度5.5~8.5 m。由于聯(lián)長(zhǎng)較長(zhǎng)，橋墩較矮，因此在維持主跨規(guī)模不變的前提下，尋求一個(gè)受力合理、結(jié)構(gòu)安全、適用美觀的結(jié)構(gòu)體系，成為設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題。

2結(jié)構(gòu)體系

 對(duì)于主橋的結(jié)構(gòu)體系提出以下5種方案進(jìn)行比選。

 1)方案一：主橋不設(shè)鉸及掛孑L。主橋?yàn)?聯(lián)，聯(lián)跨布置為(40+5×60+40)m。

 2)方案二：在主橋第4跨設(shè)25 m掛梁。主橋?yàn)?聯(lián)，聯(lián)跨布置為( 40 +2x60+17.5) m+ 25 m+(17.5+2×60+40)m。

 3)方案三：在主橋第3跨和第5跨分別設(shè)25 m掛梁。主橋?yàn)?聯(lián)，聯(lián)跨布置為( 40+60+17.5) m+25 m+( 17.5+ 60+17.5) m+ 25 m+( 17.5 +60+ 40) m。

 4)方案四：在主橋第4跨跨中設(shè)鉸。主橋?yàn)?聯(lián)，聯(lián)跨布置為( 40+2×60+30)m+( 30+2×60+40)m。

 5)方案五：在主橋第3跨和第5跨分別設(shè)鉸。主橋?yàn)?聯(lián)，聯(lián)跨布置為( 40+ 60+ 17.5)  m+( 42.5+60+42.5) m+( 17.5 +60+40) m。

  分別對(duì)5種結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行分析計(jì)算，各方案墩底截面最不利狀態(tài)下最大應(yīng)力值見(jiàn)表1（應(yīng)力值受拉為正，受壓為負(fù)）。

  根據(jù)計(jì)算分析，得出以下幾點(diǎn)。

  1)方案一在溫度、混凝土收縮徐變等荷載的作用下，最不利主墩墩底會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)力，配筋不能滿足受力需要。方案不成立。

  2)方案二和方案四在溫度、混凝土收縮徐變等荷載作用下，對(duì)于最不利墩底截面，將順橋向厚度加大至4.2 m方可滿足受力要求，而且需要配置大量預(yù)應(yīng)力筋。結(jié)構(gòu)尺寸過(guò)大，影響美觀，與橋梁整體結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)，造價(jià)較高，不宜采用。

  3)方案三和方案五在溫度、混凝土收縮徐變等荷載作用下，對(duì)于最不利墩底截面，配置一定的預(yù)應(yīng)力鋼束，即滿足受力需要�？紤]到行車舒適性，盡量少設(shè)伸縮縫以利于行車舒適，方案五較方案三減少兩道橫向伸縮縫。

  根據(jù)上述分析比較，推薦對(duì)橋結(jié)構(gòu)受力更為有利、對(duì)行車舒適度影響較小的方案五。

3上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

 主橋上部結(jié)構(gòu)采用( 40 +5×60 +40) mV形剛構(gòu)。主橋分為3聯(lián)，孔跨布置為( 40+60+

17.5) m+( 42.5+60+42.5) m+( 17.5+60+40) m。橋面全寬為27.5 m，主橋分為左、右兩幅，兩幅之間設(shè)置2 cm斷縫。主梁采用變截面連續(xù)箱梁，橫斷面為單箱單室斜腹板截面（見(jiàn)圖2），截面高度變化曲線為圓曲線，“V”形撐與主梁銜接處采用圓曲線順接。

單幅主梁頂板寬度為13.74 m，采用單箱單室截面；主梁兩側(cè)懸臂長(zhǎng)度3.0 m，懸臂端部厚度0.2 m，根部厚度0.5 m；主墩與箱梁相接的根部截面梁高為3.6 m，中跨跨中、V形墩墩頂跨中及邊跨直線段梁高均為1.8 m；箱梁頂板厚度為0.28 m；箱梁底板厚度：中跨跨中、V形墩墩頂跨中及邊跨直線段均為0.25 m，根部至中跨跨中及邊跨直線段按圓曲線由0.5 m漸變至0.25 m；中跨跨中及邊跨直線段腹板厚0.5 m，靠近V形墩及V形墩墩頂小跨腹板厚0.7 m；在邊跨支點(diǎn)處、V形墩斜腿頂部、牛腿鉸接處設(shè)置橫梁。

 主梁采用雙向預(yù)應(yīng)力體系，縱向預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)置腹板束、頂板束、底板束。腹板束通長(zhǎng)布置，頂板束布置在負(fù)彎矩區(qū)，底板束布置在正彎矩區(qū)。橫向預(yù)應(yīng)力采用扁錨體系，按順橋向0.5 m間距布置在箱梁頂板內(nèi)。預(yù)應(yīng)力鋼束均采用西815.2 mm鋼絞線。

4下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 V形墩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

 主橋主墩采用V形墩（見(jiàn)圖3），斜腿順橋向厚度為1.4 m，墩身順橋向厚度為2.0 m，單幅橫橋向?qū)捰?.0 m變化至與箱梁底板等寬；單幅承臺(tái)尺寸為( 11.2×7.4×3.0)m，基礎(chǔ)均采用1 1根西1.2 m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，成梅花形布置，順橋向3排。墩身采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)。

4.2樁基礎(chǔ)

 V形墩斜腿與梁和承臺(tái)固結(jié)，由于斜腿抗推剛度大，使樁的剛度對(duì)溫度變化、混凝土收縮徐變等因素在結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的次內(nèi)力更加敏感。因此如何選擇樁的布置形式和樁徑，盡可能控制基礎(chǔ)規(guī)模，同時(shí)又滿足承載力要求、具有較小的抗推剛度，是設(shè)計(jì)研究的目標(biāo)。 

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，分別對(duì)主墩采用11根ɸ1.2 m和9根ɸ1.5 m的剛度進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。由表中數(shù)據(jù)可知，順橋向轉(zhuǎn)動(dòng)剛度系數(shù)前者為后者的44%，混凝土減少30%，降低T程造價(jià)，設(shè)計(jì)更合理。因此本橋主墩基礎(chǔ)選用11根ɸ1.2 m。

5結(jié)構(gòu)計(jì)算

5.1計(jì)算內(nèi)容及計(jì)算方法

 總體縱向計(jì)算采用平面桿系理論，按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件驗(yàn)算結(jié)構(gòu)在施工階段、使用階段應(yīng)力、極限承載力及整體剛度進(jìn)行內(nèi)力應(yīng)力、主梁極限承載力計(jì)算。計(jì)算模型考慮群樁基礎(chǔ)的影響，將承臺(tái)和樁基利用整體剛度相等之原理把群樁基礎(chǔ)模擬成雙桿“Ⅱ”形結(jié)構(gòu)。計(jì)算過(guò)程中考慮恒載、活載、混凝土收縮徐變、預(yù)應(yīng)力、溫度變化、支座沉降、施工荷載等各項(xiàng)作用。

5.2主要計(jì)算結(jié)果

 正常使用極限狀態(tài)長(zhǎng)期效應(yīng)組合下，主梁上緣最小正應(yīng)力為1.38 M Pa，主梁下緣最小正應(yīng)力為0.1 M Pa；正常使用極限狀態(tài)短期效應(yīng)組合下，主梁上緣最小正應(yīng)力為0.1 M Pa，主梁下緣最小正應(yīng)力為-1.1 M Pa，主梁主拉應(yīng)力為-1.2 M Pa；持久狀況主梁上緣最大壓應(yīng)力為13.08 M Pa，主梁下緣最大壓應(yīng)力為12.44 M Pa，主梁最大主壓應(yīng)力為13.08 M Pa，均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

6施工方法

 主橋采用全聯(lián)支架現(xiàn)澆施工，先施工第一、三聯(lián)，然后施工第二聯(lián)。主橋完全位于水中，箱梁施工采用組合支架。支架下部為梁式支架（鋼管樁+貝雷梁+混凝土面板），支架上部為碗扣式滿樘支架。墩頂梁段局部支架下部結(jié)構(gòu)為“鋼管柱+型鋼梁”。

7結(jié)語(yǔ)

 V形剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)輕巧、線條流暢、美觀新穎。采用V形墩縮短計(jì)算跨徑，降低梁高，節(jié)省上部工程材料，經(jīng)濟(jì)性較好。當(dāng)橋位處水面較寬、景觀要求較高時(shí)，多孔長(zhǎng)聯(lián)V形剛構(gòu)橋因良好的美觀性和經(jīng)濟(jì)性，有著其特有的價(jià)值。

 該橋于2012年9月開工，于2014年10月竣工通車，通車運(yùn)行狀況良好。大橋猶如一條長(zhǎng)龍橫跨湯遜湖，不僅發(fā)揮著疏解交通的基本功能，同時(shí)因其優(yōu)美的造型成為湯遜湖上一道美麗的風(fēng)景。