凤凰湖置五路景观桥桥型选择与结构分析

凤凰湖置五路景观桥桥型选择与结构分析　左文根　（安徽恒源交通工程设计咨询有限公司，安徽合肥摘２３００３１）　要：文章以安徽省凤台县凤凰湖新区置五路桥工程为背景，从两种比选方案中进行桥型景观选择；利用桥梁博士软件对门式　刚构桥方案进行结构内力分析，其研究的结论可供类似景观桥的选择提供参考。　关键词：景观桥；桥型选择；方案设计；结构分析　中图分类号：Ｕ４４２．５４　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—５７８１（２０１ｌ　Ｊ０５—０６３２—０５　ｌ　工程概况　该工程为安徽省凤台县城北乡十里沟村境内，在　十里沟排涝站的西侧，北接城市的主干道——置五　路，南连３０８省道。桥梁跨径在３５￣４５　ｍ之问，是沟　通河道南北方向居民生产及生活的主要交通要道。　主要从城市景观和道路交通功能、结构受力性能、　工程造价、施工工艺和地质条件等因素进行综合　考虑。选用合适的桥梁跨径和结构形式，不仅能　满足桥梁结构技术和经济要求，还能给人以通透、　简洁、流畅和舒适之感＿２］。本次新建桥梁跨越的　主体为永幸河，应水利部门的要求，桥梁方案不宜　在河中设墩，须采用一跨跨越河流。永幸河水面　宽约为２６　ｍ，为了保护河道两侧的河床，桥梁跨径　在３５～４５　ｍ之问，这种跨径的桥梁多采用梁桥和　为保证凤凰湖新区大建设货物运送和群众的出行安　全，构建新区交通网络，提升新区形象，必须尽快建设　高技术标准的置五路桥。作为新区基础设施的置五　路桥梁工程显得尤为重要，该项目的建设为新区建设　提供　有力的硬件保障ｌ１］。　拱桥；梁桥方案考虑单跨过河方案和三跨过河方　案；拱桥考虑降低引道长度和景观要求采用下乘　式拱桥。　２　主要技术标准及方案设计　２．１主要技术措施　（２）方案一（１—３６　ｍ门式刚构桥）。本方案跨径　为３．５　ｍ＋４．２　ｍ＋３６　ｍ＋４．２　ｍ＋３．５　ＩＴＩ的预应力　（１）桥面宽度：３．５　ｍ（人行道）＋４．５　ｍ（非机动　车道）＋３．０　ｍ（绿化带）＋２３　ｍ（行车道）＋３．０　ｍ（绿　混凝土门型刚构桥，桥梁全长５１．４　ｍ；主梁断面采用　化带）＋４．５　ｍ（非机动车道）＋３．５　ｍ（人行道），半幅　宽２２．５　ｍ，全宽４５．０　ＩＴ／。　变截面单箱多室结构，在结构高度较小的情况下获　得较大的结构刚度。截面高度按二次抛物线方程变　化，跨中设４　ｒｎ等高度梁段。主梁根部梁高２．３　ｒＦｌ，　跨中梁高１．４　ｍ。箱梁顶板厚２５　ｃｍ，底板厚２２～　４０　ＣｉＴＩ，由跨中向支点按照二次抛物线渐变，腹板宽　５０ｃｍ，在竖撑处腹板由５０　ｃｍ渐变到８０　ｃｍ。利用横　（２）设计荷载：公路Ｉ级，人群３．５　ｋＮ／ｍ２。　（３）地震烈度：基本烈度为７度，口一０．１０　ｇ，按８　度设防，支座采用抗震支座，上部梁体与墩柱增设　挡块。　（４）桥面铺装：４　ｃｍ厚细粒式ＳＢＳ改性沥青混　梁将梁体结构剪力和桥墩预应力钢束锚固力均匀传　到整个断面，以防止由于应力集中造成的局部裂缝，　凝土（ＡＣ－１３Ｃ）＋粘层油＋６　ｃｍ厚中粒式沥青混凝　土（ＡＣ一２０Ｃ）＋防水层＋８　ｃｍＣ４０混凝土铺装（自上　而下）。桥面纵坡：１．５％。　同时也为梁体增加平衡配重，尽量改善由于边跨过　短造成的受力不合理现象［３　］。　（５）横坡：行车道双向１．５％，人行道２％。　２．２方案设计　下部结构为双薄壁墩，墩高５．５　ｍ，均为厚　５０　ｃｍ的矩形断面。双薄壁墩均与梁体和承台固接，　在外侧薄壁墩中加竖向预应力，采用Ｃ５０预应力混　（Ｉ）方案介绍。桥梁的结构形式和孔跨布置　收稿日期：２Ｏ１ｌ～０７一Ｉ３　作者简介：左文根（１９７２一），男，安徽舒城人，安徽恒源交通工程设计咨询有限公司工程师　６３２　《工程与建设》２０１１年第２５卷第５期　凝土结构，内侧薄壁墩采用Ｃ５０钢筋混凝土结构。　基础为桩基接承台，桩基按摩擦桩设计。桥型布置图　和桥梁横断面如图１、图２所示，其中桩号、高承单位　为ｍ，其他尺寸单位为ｃｍ。　『ｌｊ　５０　Ｉ：：　黄海高程　④　①　图１桥型布置图（一）　（ｂ１桥粱踌中　图２桥梁支点和桥梁跨中横断面图（一）　（３）方案二（１８　１３２＋３０　ｍ＋１８　ｍ预应力混凝土　连续箱梁）。本方案采用预应力混凝土连续箱梁，　变至４７　ｃｍ。　下部结构中桥墩采用圆柱式墩，承台接桩基　础，桥台采用桩基接承台。桥墩墩柱直径为１．６　ｍ，　其跨径布置为１８　ｍ＋３０　ｍ＋１８　ｍ，桥梁总长６６　ｍ，　桥面与置五路同宽，桥面布置为３．５　ｍ（人行道）＋　柱距为４．５　ｍ，横向共４个墩柱，桥墩承台厚２．０　ｍ，　平面尺寸为１９．４　ｍ×６．２５　ｍ，桥墩桩基直径为　４．５　ｍ（非机动车道）＋３．ｏ　ｍ（绿化带）＋２３　ｍ（行车　道）＋３．０　ｍ（绿化带）＋４．５　ＩＴＩ（非机动车道）＋　３．５　ｍ（人行道），半幅宽２２．５　ｍ，全宽４５．０　ｍ。本　方案桥梁梁高１．８　ｍ，采用单箱五室截面，悬臂长　２　ｍ，跨中处箱室净宽３０９．８　ｃｍ，跨中顶板厚２５　ｃｍ，　底板厚２２　ｃｍ，腹板厚０．５　ｍ，在支点附近顶板厚度　由２５　ｃｍ逐渐变至５０　ｃｍ，底板厚度由２２　ｃｍ逐渐　１．５　ｍ，横桥向间距４　ｍ，双排桩，桩基按摩擦桩设　计。桥台由于填土高度较矮，采用桩基接盖梁，桥　台盖梁高１．４　ｍ，宽１．７　ｍ，单幅桥台设５根桩基，　桩基直径为１．５　ｍ，桩间距４．０　ｍ，桩基按摩擦桩设　计。桥型布置图和桥梁横断面如图３、图４所示，其　中桩号、高承单位为ｍ，其它尺寸单位为ＣＩＴＩ。　《工程与建设》２ｏ１１年第２５卷第５期　６３３　鞋　五　路　耋　超　图３桥型布置图（二）　十　∞一∞　～　　～。目Ｈｉ　｛ｆ　ｆｂ１桥梁跨巾　图４桥梁支点和桥梁跨中横断面图（二】　（４）两方案比选，见表ｌ所列。　表１方案比选表　６３４《工程与建设》２０１１年第２５卷第５期　由表１可知，从桥梁长度看，方案一采用门式刚　构桥，一跨跨越，桥梁总长为５１．４　ｍ，而方案二采用　变位作用：地基及基础不均匀沉降按０．５　Ｃｎｌ计算。　（２）可变作用。①汽车荷载：公路一Ｉ级。②人　预应力混凝土连续箱梁，从结构受力的角度考虑需要　设置３跨，桥梁总长为６６．０ｍ，方案一桥长明显较短，　造价较低。　群荷载：３．５　ｋＮ／ｍ。。③汽车冲击力：按文献Ｅｌ０］规　定的方法计算：冲击系数　取０．１４。④温度（均匀温　度和梯度温度）作用：体系升温２０℃、体系降温　２Ｏ℃，梯度温度按照文献Ｅｌｏ３规定进行计算。　３．２计算结果　从施工技术看，门式刚构下部结构与上部结构形　成整体，共同受力，施工难度较大；方案二为支架现浇　３跨连续梁，施工技术成熟，简单。从美观性上看，门　式刚构桥与河床断面吻合较好，桥型简洁有力，外形　美观；而方案二采用３跨预应力混凝土连续箱梁，边　跨距离地面较矮，桥型比例不协调。从对永幸河的影　响看，方案一不设墩，几乎不占用过水断面，而方案二　桥墩位于河岸边，高水位时，占用过水断面。从造价　上看，方案一造价相对较低。　综合比较，将方案一作为本项目的推荐方案，即　采用门式刚构桥。　３结构分析　３．１模型的建立　对方案一建立模型，上部结构的静力计算分析采　用平面杆系理论，以主梁轴线为基准线划分结构离散　图，按施工步骤划分数个施工阶段和运营阶段进行计　算，验算主梁的内力、应力、位移等，总体计算采用桥　梁博士３．２０进行计算＿６｛］。全桥共划分５３个节点、　５２个单元，结构离散图如图５所示。　图５结构离散图　（１）永久作用。①结构重力：一期恒载混凝土　容重为２６　ｋＮ／ｍ。计，按实际断面计质量，横梁按集　中荷载考虑。二期恒载为人行道、桥面栏杆、泄水管　及桥面铺装等，二期恒载取为５８．０　ｋＮ／ｍ。②预应　力：预应力钢绞线采用公称直径　。１５．２　ｍｍ低松弛　钢绞线，其抗拉强度标准值，ｐｋ一１　８６０　ＭＰａ，弹性模　量Ｅｐ一１－９５×１０５　ＭＰａ，松弛率≤３．５％，孔道摩擦　系数０．２５，孔道偏差系数０．００１　５，一端锚具变形及　钢束回缩６　ｍｍ，锚下张拉控制应力按０．７５ｆｐｋ一　１　３９５　ＭＰａ控制。③混凝土收缩及徐变作用：按文献　Ｅｇ］计算，环境年平均相对湿度Ｒｕ取８０％。④基础　３．２．】正截面抗裂验算　作用长期效应组合：正截面混凝土拉应力控制为　Ｏ＇ｌｔ－－０＂　≤０，即混凝土正截面不出现拉应力，主梁截面　计算结果如图６所示。　图６主梁长期效应组合正应力　在长期效应组合作用下，满足Ａ类预应力混凝　土受弯构件的规范要求。　作用短期效应组合：正截面混凝土拉应力控制为　一　≤０．７ｆ　，即混凝土正截面拉应力不大于　１．８８５　ＭＰａ，主梁截面计算结果如图７所示。　图７主梁短期效应组合正应力　在短期效应组合作用下，满足Ａ类预应力混凝　土受弯构件的规范要求。　作用短期效应组合：外侧竖撑按部分预应力Ａ　类构件计算，短期荷载组合下的正应力如图８所示。　１．０　３．５　图８外侧竖撑在短期荷载组合下的正应力　在短期效应组合作用下，外侧竖撑满足Ａ类预　应力混凝土受弯构件的规范要求。　３．２．２斜截面抗裂验算　作用短期效应组合：斜截面混凝土主拉应力控制　《工程与建设》２Ｏｌ１年第２５卷第５期　６３５　（按现浇构件考虑）为ｏ＇ｔ　≤０．５ｙ：　，即混凝土斜截面主　（２）斜截面混凝土压应力控制为　≤０．６／　ｋ，即　混凝土主压应力不大于１９．４４　ＭＰａ。主梁截面计算　结果如图１１所示。　拉应力不大于１．３２５　ＭＰａ，主粱截面计算结果如图９　所示。　图９主梁短期效应组合主拉应力　图１０主梁基本组合正截面混凝土压应力　在短期效应组合作用下，主梁最大主拉应力为　０．３　Ｐａ，满足Ａ类预应力混凝土构件规范要求。计　算时考虑汽车冲击系数和其它间接荷载的作用。　３．２．３混凝土的压应力控制　．６　ｆ１］　、９　ｍｎ　图１１主粱基本组合混凝土主压应力　（１）ＪＦ截面混凝土压应力控制为　ｋ－Ｆ　≤０．　，　，即混凝土正截面压应力不大于　满足规范Ａ类预应力混凝土构件要求。　３．２．４　活载位移　１　６．７　ＭＰａ。主梁截面计算结果如图ｌＯ所示。　满足规范Ａ类预应力混凝土构件要求。　跨中活载位移见表２所列。　表２跨中活载位移　由表２可知，活载下的主粱跨中挠度满足规范要　求，结构刚度较好。　３．３计算结论　式刚构桥的分析结果，为以后类似景观桥的选择提　供借鉴意义。　［参考文献］　［１］王文，张静，高　峰，等．长新高架桥桥型选样与结构分析　主要受力构件极限承载能力满足规范要求；主　要受力构件在短期效应组合下正截面抗裂验算满　足Ａ类预应力混凝土受弯构件要求，主要受力构件　ＬＪ］．长春工程学院学报（自然科学版），２００９，１０（２）：４　７．　Ｌ２］范佐银，武维宏，舒春生．门式刚构桥设计ｌ＿Ｊ］．山西建筑，２００８，　３４（２０）：３３３—３３５．　任长期效应组合下正截面抗裂验算满足要求，斜截　面抗裂验算满足要求；使用阶段混凝土的压应力和　主压应力满足要求，预应力钢筋的最大拉应力满足　要求；活载作用下的主梁跨中挠度满足要求，结构　刚度足够。　［３］畅爱武．连续刚构桥箱梁受力及影响参数分析［Ｊ　．［程ｌ亍建没．　２００７，２１（３）：２８２—２８４．　１ｆ１］陈金旺．吉利黄河大桥桥型选择与总体设计［Ｊｊ．交通标准化．　２００９（】７）：ｌ３～１７．　［５］侯菊芳，陈星烨．澜沧江大桥的桥型选择［Ｊ１．黑龙江科技信息，　４　结　沦　２０１０（２４）：３２２．　［６］王钧利，贺拴海．大跨径连续刚构桥主墩的合理刚度分析［Ｊ］．武　（１）随着城市建设的发展，对城市桥梁的景观要　汉理工大学学报（交通科学与工程版），２００６，３０（４）：６０３　６０６．　求越来越高。经综合比较，选择预应力混凝土门式刚　构桥，该方案与河床断面吻合较好，桥型简洁，外形　美好。　［７］蒋　陈．大跨连续刚构仿真分析［Ｊ］．山西建筑，２００６（Ｊ　３）：　５８—５９．　［８］王吉双．中等跨径门式刚构桥的设计［Ｊ］．安徽建筑，２００９（１）：　８Ｏ　８２．　（２）出于对抗洪标准提高的考虑和对桥梁孔跨　以及建筑高度的要求，并综合考虑桥梁长度、施工　技术等因素，根据桥梁博士软件对预应力　昆凝土门　６３６　《工程与建设》２０１１年第２５卷第５期　［９］ＪＴＧ　Ｄ６２—２００４，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规　范ＥＳ］．　［１Ｏ］ＪＴＧ　Ｄ６０　２００４，公路桥涵设计通用规范［ｓ］．