中国市政工程西北设计研究院有限公司 武汉 430000
摘要：昌九快速路跨线桥是一座三跨矮塔斜拉桥，桥梁跨径布置65+120+65=250m，桥宽12.75m，主塔采用混凝土V型塔，主梁采用单箱双室截面预应力混凝土箱梁，钻孔灌注桩基础。通过结构计算分析，该桥各构件受力均能满足要求。
关键词：矮塔斜拉桥 三跨 计算
随着我国经济水平的不断发展，交通事业及城市基础设施建设取得了举世瞩目的成就。桥梁存在占地小、整体性好、沉降小、行车舒适性高、节省土地资源等诸多优势，在交通行业及市政基础设施建设中得到广泛应用。市政桥梁常用的结构形式为钢结构或混凝土结构的梁式桥，但由于跨越路口、施工、景观等多方面的要求，拱桥、斜拉桥、悬索桥等特殊结构桥梁使用的频率越来越高。斜拉桥造型优美、刚度大、跨越能力强、结构安全性可靠，是大跨度桥梁的首选结构形式。矮塔斜拉桥属于斜拉桥的一种，其受力介于斜拉桥与连续梁桥之间，与连续梁相比，其具有结构轻盈、跨越能力大等优势，与斜拉桥相比，其造价较低、施工难度小。因此，在特定的桥位条件下，矮塔斜拉桥具备自身独有的优势，今年来应用越来越广泛。
1 概述
1.1 工程概况
本工程沿线经过八里湖新区和柴桑区，是九江市快速骨架路网体系“五纵五横”中的一纵，串联起主城中心区与八里湖新区、柴桑区和高铁新区，是完善快速路网的重要组成部分，是服务庐山索道和高铁站的快速通道，建设意义十分重大。
本桥位于高速收费口附近，上跨城市快速路，有一定的景观要求；同时桥位离收费站仅230m，桥梁不宜采用高耸结构，以免吸引过往车辆太多的注意，影响交通安全。因此桥型方案以简洁朴实为主旋律，主要体现桥梁的力学美；另一方面考虑到桥梁横跨快速路，桥梁梁高不宜太高，避免给人压抑的感觉。结合桥位周边环境、桥梁位于曲线上等现状条件，本桥主要受力结构宜以梁式结构为主，辅以适当的造型。经过多方案比选，并与建设单位及市领导多次讨论后，确定本桥桥型为矮塔斜拉桥。
1.2 工程地质条件
本工程位于第四纪红壤丘陵地，属冲积、冰碛型堆积地貌，沿线地形、地貌条件复杂，形态各异，规模大小不一。桥梁东侧为山体，周边有少量房屋，植被较茂密，地势呈东西走向，东高西低，桥梁正好处于垭口位置，桥梁西侧为大面积的水塘和少量农田，其中沿昌九快速路北侧的水塘面积较大，通过朱雀桥与八里湖水域连通；快速路南侧水塘面积较小，为村民养殖用塘。
根据钻探揭露，结合实验室成果，本场地在勘察深度范围内土层从上往下依次为素填土、黏土、卵石、全风化角砾岩、强风化角砾岩、中风化角砾岩。桥位地质条件较好。
1.3 主要技术标准
道路等级：城市快速路；双向6车道；汽车荷载：城-A级；环境类别：Ⅱ类；地震：基本烈度6度，地震动峰值加速度值为0.05g，特征周期为0.35s。
2 桥梁结构体系及加劲梁结构形式研究
本桥为矮塔斜拉桥，桥梁整体刚度大，墩高约15m。
三跨斜拉桥常规的约束方式为：塔墩梁固结体系、半漂浮体系、漂浮体系，本桥桥面以下墩高较高、桥位地震跨度较小，采用塔墩梁固结体系是比较合适的。
斜拉桥的加劲梁可以采用混凝土结构、钢结构、组合结构、混合结构。当跨度较大时，为减轻结构自重，采用钢结构或组合结构比较多，而本桥跨径较小，采用混凝土梁经济性较好。本桥桥宽较窄，且主梁需承受主要的纵向荷载，主梁截面采用单箱双室整箱截面。
3 结构设计
3.1 总体结构
桥梁孔跨布置为：（65+120+65）=250m，桥面以上塔高15m。主梁采用混凝土整箱结构，主塔为混凝土实心主塔。
3.2 加劲梁
主梁采用变高度预应力混凝土连续箱梁，斜腹板单箱双室截面，腹板竖直倾角为28°。考虑拉索空间后，箱梁顶结构宽15.0m，底宽10～8.376m，跨中梁高3.0m，支点处梁高4.5m，中跨合拢段长2.0m，边跨现浇段长6m。箱梁顶板厚25cm，底板厚22cm～50cm，腹板厚40cm。
桥梁0号块长16m，单侧有11个悬臂浇筑节段，节段长分4.0m、5.0m两种，最重的悬臂浇注节段为3号节段，其重量为2197kN，混凝土强度等级C50。
3.3 主塔
主塔在横断面上采用V字造型，与主梁固接。桥塔总高35m，其中桥面以上塔柱高15.0m，桥面以下塔柱高20m，单侧塔柱竖直面处在半径187.946m的圆曲线上，塔柱采用矩形实体截面，上塔柱截面尺寸为3.5m（纵桥向）×1.8m（横桥向），下塔柱截面尺寸为3.5m（纵桥向）×2.5m（横桥向）。主塔与主梁固结处设实心横梁，横梁高与主梁一致为4.5m，宽3.5m。
主塔下设矩形承台，承台平面尺寸12.2×7.7m，厚度3.5m，台下行列式布置6根Ф2.0m钻孔灌注桩，桩间距4.5m，为端承桩。
3.4斜拉索
每侧主塔锚固7对斜拉索，斜拉索为外倾式扇形双索面，塔上索间距0.8m，梁上索间距为5.0m。斜拉索采用7丝Ж15.2钢绞线，=1860MPa，拉索外包HDPE外套管采用抗风雨激振型双螺旋线圆管护套。斜拉索锚具采用250型拉索群锚，在两侧梁端张拉，锚具内安装CCT18单孔磁通量传感器，使拉索成为智能化拉索，实现拉索索力实时监测。斜拉索穿主塔时，在塔上设置分丝管式转向鞍座。拉索规格采用15-37型，斜拉索张拉力2800-3300kN。
3.5 施工方案
本高架跨越昌九快速路，施工期间必须保证高速上的行车安全、顺畅，尽可能减少对现状交通的影响，因此梁体采用悬臂浇筑法施工。同时为了防止施工期间不慎坠物对高速行车造成危害，施工时在交叉处高速路段搭设施工围栏及防护架，桥梁施工不得侵占高速公路通行净空，并在工程安全距离外设置相关交通警示、限速标志，以保障交通安全。该施工方案在施工过程中，不侵占昌九快速路的车道范围，基本对既有道路的影响和干扰程度降到了最低。桥梁桩基础采用冲（钻）孔成桩工艺，墩台身采用支架现浇法施工。
3.6 主要计算结果
采用有限元分析程序MIDAS/CIVIL，建立3维有限元模型进行分析计算，主梁、主塔及基础等采用梁单元模拟，斜拉索采用桁架单元模拟。主要边界条件：塔、墩、梁固结，过渡墩位置采用一般支承模拟支座，土弹簧模拟桩土相互作用，弹簧刚度采用m法计算。考虑的荷载：结构自重及二期恒载、汽车荷载、基础变位、整体升降温、非线性温度、制动力、风荷载等。
在频遇组合、准永久值组合作用下，混凝土箱梁上、下缘均承受压应力；标准值组合作用下，上缘最大压应力为15.8MPa，下缘最大压应力为15.7 MPa。主塔上塔柱全截面受压；上缘最大压应力为12.5MPa，下缘最大压应力为9.9 MPa。
基本组合作用下，主梁截面强度最小安全系数1.5，主塔截面强度最小安全系数1.3。
在基本组合作用下，拉索最大拉应力为865.7MPa，小于1860x0.6=1116MPa；最大应力幅92.9MPa，小于250MPa。
通过验算可知，静力作用下主桥结构各构件均能满足规范要求。
根据《中国地震动峰值加速度区划图》，本工程地震基本烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组，Ⅱ类场地峰值加速度αmaxⅡ=0.05g，反应谱特征周期为0.35s，桥梁抗震设防类别为B类，桥梁抗震措施设防烈度为7度。设计中使用Midas/Civil软件，建立三维有限元模型，采用反应谱法进行抗震分析。计算结果表明，本桥地震作用并不控制设计，地震作用下各构件均处在弹性工作范围，结构强度能满足规范要求。
4 结语
本桥为三跨矮塔斜拉桥，主梁采用混凝土整箱断面，主塔为混凝土实心主塔，钻孔灌注桩基础。本桥采用塔墩梁固结体系，仅梁端过渡墩处设支座，计算结果表明，桥梁各构件均满足受力要求。
参考文献：
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【2】陈从春．矮塔斜拉桥设计理论核心问题研究[D]．上 海：同济大学，2005．
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