中铁二十三局集团第三工程有限公司 四川成都温江 631000
摘要：以巴中单塔单索面异形斜拉桥为依托，对该桥的抗震、减震分析检算，研究异形塔柱塔梁固结、主塔截面，形成结合工点设计进行异形塔柱加劲塔梁结合抗震、减震研究，对合理的抗震体系各组成部分进行系统剖析，阐明斜拉桥合理抗震体系的关键性，为异形斜拉桥的抗震提供参考。
关键词：单塔单索面斜拉桥 加劲塔柱 塔梁固结 抗震体系
0 引言
单塔单索面斜拉桥主要由主塔、斜拉索、主梁和桥面系及连接构件组成［1］。桥梁荷载主要集中在主梁和桥面系上，主梁荷载通过斜拉索传递给主塔，主塔把荷载传递到大地，所以地震荷载作用下的惯性力也主要集中在主梁上和桥面系上［2-3］。塔梁固结体系，由自身的结构特点，主梁纵向刚度较大，主桥的临界墩均设置活动支座，达到纵向地震力与主梁纵向位移之间的平衡。对于横向结构体系，临界墩与主梁连接的组合直接影响地震时传递到临界墩柱的惯性力。所以塔梁固结体系的斜拉桥的横向约束体系至关重要。
1 工程概况
1.1 结构概况
巴中恩阳“义阳大桥”全长655米，桥面宽度33m，双向6车道，人行道宽度2.5m，孔跨布置为3×30m+4×40m+（105+145）m+4×40m，其中主桥为245m的独塔单索面斜拉桥，塔梁固结体系，跨径布置为（105+140）m；北引桥长250m，为3×30m+4×40m的两联预制预应力混凝土T梁；南引桥长160m，为4×40m的一联预制预应力混凝土T梁.
主桥桥塔采用混凝土桥塔，塔全高 130m，桥面以上塔高 82m，梁面以上塔高82.1m，梁面以下塔高47.9m，主梁以下设计为“X”型交叉。主梁采用单箱五室截面形式，梁高 3.8m，采用纵向、横向及竖向三向预应力体系。拉索采用平行钢丝索，斜拉索塔上锚固于混凝土索塔内置的钢锚箱上，主梁上锚固在箱室中室的顶板上，其中塔端为固定端，梁端为张拉端。中跨拉索的标准间距 6m，为了平衡悬臂浇筑时的重量，边跨 1#至 9#拉索的间距取 6m，10#至19#拉索的间距取 3m，桥塔锚固区的间距根据拉索锚固的空间要求从 1.8m 变化到 3.1m。
主梁采用预应力混凝土结构，混凝土标号为 C50，采用纵向、横向及竖向三向预应力体系，纵向按全预应力构件设计，横向按 A 类构件设计［4］。截面形式为单箱五室，顶板宽 33m，底板宽 13.8m，中心梁高 3.8m，顶面设置双向横坡 2%，底板水平，结构中心线处梁高 3.8m，挑臂 3m，中间箱室宽 4m，边箱宽 4.75m，斜腹板对应的箱室宽 5.425m；每个斜拉索对应的位置设横隔板，中箱室横隔板厚 45cm，边箱变化到 30cm。
主塔采用混凝土桥塔，C50混凝土，两塔在桥面以下交叉。桥塔整体为一个梯形断面，通过对梯形断面挖槽及倒角来实现桥塔线条的变化。桥面以下桥塔顺桥向及横桥向尺寸均是变化的，横桥向梯形的长边从 3.8m 变化到 10m，顺桥向从 6.1m 变化到8.7m。下塔柱设置三道横梁，分布在塔梁墩固结处横梁 4.1m，两塔交叉顺桥向尺寸最小位置处横梁 10.7m，两塔分开位置处横梁 2.6m。
桥面以上桥塔断面横桥向最宽处 3.8m，横向尺寸不变，截面保持梯形的斜边斜率不变，纵桥向变宽结构，短边尺寸随着桥塔在顺桥向尺寸的变化从下到上递增。钢锚箱总长 41m，钢锚箱处混凝土为“一”字型断面，钢锚箱通过剪力钉与混凝土相连，钢锚箱与混凝土交接位置为一个 5m实心段来过渡“一”字型断面和挖空的箱型断面。主桥主墩采用桩基础，采用 C30 水下混凝土，端承桩，桩径 2.0m，共 24 根。持力层为中风化细砂岩，嵌岩深度 2m，桩长 43m。 主桥临界墩采用空心薄壁墩，两端各有 2m 的实心段，标准段薄壁墩壁厚 0.5m，通过 3m 渐变段变化到壁厚1m，外轮廓尺寸为7×3.4m和9.45×3.4m，分布对应的是引桥宽度14.5m和17m。为提高桥墩的抗震性能，两桥墩的盖梁连为一体，盖梁为台阶状，总高 3.9m。7×3.4m 的桥墩对应的承台尺寸为 8.5×9×2.8m，4 根 2m 直径的桩基础，9.45×3.4m 的桥墩对应的承台尺寸为 8.5×11.35×2.8m，5 根 1.8m 直径的桩基础。
1.2 约束布置体系
临界墩与梁之间的约束为纵向和横向，约束布置体系如下：
表1-1 主梁约束布置体系
.png)
注：表中“0”表示放开，“1”表示限位，“s”表示弹性限位。
2 地震动力分析
2.1 抗震基本参数
本工程区地震动峰值加速度为0.05g，动反应谱特征周期为0.35s，相应地震基本烈度为Ⅵ度，场地类别为II类。根据抗震规范，本桥需进行特殊桥梁抗震设计，即E1地震作用下，结构总体在弹性范围，基本无损伤，E2地震作用下，结构可发生局部轻微损伤。E1和E2地震设计反应谱如下图2-1、2-2所示。
.png)
图2-1 E1地震设计反应谱（单位：g）
.png)
图2-2 E2地震设计反应谱（单位：g）
2.2 结构自振特性
.png)
图2-3 第1阶振型 桥塔横向弯曲（f1=0.32Hz）
.png)
图2-4 第2阶振型 桥塔横向弯曲（f1=0.52Hz）
.png)
图2-5 第3阶振型桥塔横向弯曲（f1=0.59Hz）
2.3 抗震设计结果
E1和E2地震作用下，边跨过渡墩和中跨过渡墩支座水平力如下表2-1所示。
表2-1 支座水平力表
.png)
根据静力设计下结构，边跨支座大小为10 MN，中跨支座大小为12.5MN，抗震型支座水平承载力（20%竖向承载力）小于E2地震水平力，因此过渡墩顶需要设置横桥向抗震挡块。
边墩在E2地震作用下，弯矩图如图2-6，墩底内力见表2-2。
.png)
图2-6 E2横桥向地震桥墩弯矩图
表2-2 临界墩底内力
.png)
桥塔在E1、E2地震作用下均处在弹性状态，E2地震作用下顺桥向和横桥向弯矩图见图2-7、2-8。
.png)
图2-7 E2顺桥向地震桥塔弯矩图
.png)
图2-8 E2横桥向地震桥塔弯矩图
E2地震作用下，主塔承台底及桩基础内力见表2-3。
表2-3 主塔承台底及桩基础内力表
.png)
由表2-3得知在E2顺桥向地震作用下，桩基受力不利。取此工况验算单桩承载力，满足强度要求。
.png)
E2顺桥向地震下，拉索最大应力694MPa，其中地震效应50MPa；E2横桥向地震下，拉索最大应力652MPa。
E2顺桥向地震下，塔顶最大位移45mm；E2横桥向地震下，塔顶最大位移360mm。
3 结论
以四川省巴中市恩阳区义阳大桥工程为实例，对异形塔柱塔梁固结单塔单索面斜拉桥约束体系下的地震反应进行分析，对各组成部分进行系统剖析，对塔梁固结、塔高、塔柱截面尺寸进行验证，阐明异形单塔单索面斜拉桥抗震体系设计的关键性，得出以下结论：
（1）主梁的横向约束体系布置对地震反应影响很大，桥梁支座是减隔振设计的主要措施，应合理分配地震力。
（2）义阳大桥塔高、塔柱截面尺寸、塔梁固结均符合抗震规范要求。
参考文献：
［1］张荣. 独塔斜拉桥纵向结构体系分析[J]. 中国水运(下半月), 2015(05):206-207.
［2］范立础，胡世德，叶爱君．大跨度桥梁抗震设计[M]．北京：人民交通出版社•2001．
［3］范立础编著．桥梁工程EM]．北京：人民交通出版社，1997．
［4］陈峭. 长沙市万家丽路浏阳河大桥设计[J]. 中国水运(下半月), 2015(05):232-234.