六安市佛子岭路跨凤凰河桥设计分析.pdf

第6 期（总第2 9 0 期）2023年6 月D01:10.16799/ki.csdqyfh.2023.06.022城市道桥与防洪URBANROADSBRIDGES&FLOODCONTROL桥梁结构六安市佛子岭路跨凤凰河桥设计分析程宏斌（上海勘测设计研究院有限公司，上海市2 0 0 4 34）摘要：以六安市佛子岭路跨凤凰河桥设计为背景，介绍了该桥的技术标准、桥型方案比选、总体布置、主要结构设计以及施工方法等内容，并对该桥结构进行了整体静力分析和动力分析。分析结果表明，该桥结构设计合理，验算结果满足规范要求，可为同类桥梁设计与计算提供参考。关键词：矮塔斜拉桥；桥梁设计；结构计算；景观中图分类号：U442.5文献标志码：A文章编号：10 0 9-7 7 16(2 0 2 3)0 6-0 0 7 8-0 4分带）+15.50 m（车行道）+4.50 m（中分带）+15.50 m1概述（车行道）+3.2 5m（侧分带）+3.50 m（非机动车道）+佛子岭路跨凤凰河桥是六安市中心路网“天堂寨路一长安北路一佛子岭路”内环线交通性主干道佛子岭路的重要节点工程，项目的建成对六安城市基础设施建设具有重要的推进作用。该桥跨越凤凰河城市滨水景观带，其重要的地理位置使得对桥梁的景观效果具有较高要求。经过多轮方案比选，充分考虑景观和造型要求，兼顾跨径和工程造价，最终选定矮塔斜拉桥作为实施方案。凤凰河桥项目位置示意图见图1。市大强力电机平桥乡设计起点设计终点公文总处司+汪家格安区体图1项目位置示意图2主要技术标准（1)道路等级：城市主干路。(2)设计速度：6 0 km/h。(3)桥梁荷载标准：汽车荷载城市-A级；人群荷载按照城市桥梁设计规范（CJJ11一2 0 11(2019版）)取值。（4）横断面宽度：桥面全宽56 m，其横断面按3.50m（人行道）+3.50 m（非机动车道）+3.2 5m（侧收稿日期：2 0 2 2-0 9-0 7作者简介：程宏斌（19 8 9 一），男，硕士，工程师，主要从事桥梁工程设计工作。3.50m（人行道）=56 m布置。(5)抗震设防标准：抗震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度值为0.10 g。(6)设计安全等级：一级。(7)结构重要性系数：1.1。(8)环境类别：类。3桥型方案比选综合考虑景观需求及工程造价，桥梁选型基本排除跨径较小的简支梁桥、缺乏景观特色的普通预应力混凝土连续梁桥，以及造价较高的桥型如钢桁架桥等，宜选择能够与当地文化特点、周边景观相融合的新型景观桥梁。经过多轮比选，桥型方案最后集中在了矮塔斜拉桥与加装饰拱的变截面连续梁桥这2 类桥型。方案一为矮塔斜拉桥（见图2）。此类桥型属于索辅梁桥，是介于连续梁与斜拉桥之间的一种梁、索组合体系。该方案优点是主梁高度较小，结构轻盈，桥塔外形可采用“安徽六安”的“安”汉语拼音首字母“A”为基础并演变成拱门形式，寓意为“拱门迎宾”；拉索呈空间曲面，车辆行驶在桥面上宛如穿梭在时空隧道，桥梁景观效果好。缺点是造价较方案二高。方案二（见图3）为加装饰拱的变截面连续梁桥。该桥型简约大方，结构受力明确，耐久性和经济性均较好,并且通过在桥面增加装饰性钢拱可提升整体景观效果，缺点是主梁高度较大，不够轻盈，且不利于桥下空间的预留 1-3。凤凰河桥两端桥台附近设有下穿景观绿道，对桥下空间亦有较高要求，经过综合比较后，最终采用方.782023年第6 期程宏斌：六安市佛子岭路跨凤凰河桥设计分析城市道桥与防洪东侧绿道西侧绿道.904786车行道SST电分带车行道非机动车超侧分带号57大行道8633190图2 方案一效果图全河道边线图4 桥梁平面布置图（单位：m）桥梁横断面布置为：3.50 m（人行道）+3.50 m（非机动车道）+3.2 5m（侧分带）+15.50 m（车行道）+4.50m（中分带）+15.50 m（车行道）+3.2 5m（侧分带）+3.50m（非机动车道）+3.50 m（人行道）=56 m，桥墩处横断面布置见图5。图3方案二效果图案一，即矮塔斜拉桥方案4桥梁总体设计4.1设计原则该桥设计基本原则为：全面贯彻“安全可靠、适用耐久、技术先进、经济合理、与环境协调”的要求，同时满足：(1)桥梁的景观定位应与六安市总体规划、自然条件匹配，桥型方案应具有创新性。(2)充分考虑桥位处自然灾害对桥梁结构的影响，充分考虑材料防腐，提高结构的耐久性。(3)合理布置跨径，尽量减少水中墩，降低施工难度和投资，满足防洪、河势等多方面要求。4.2总体布置该桥采用双幅布置，每幅桥设1个桥塔，桥塔位于不同的桥墩上方，形成错落布置的平面形式，桥梁平面布置见图4。凤凰河主河道与道路斜交角度约为45，为使桥跨与河道更好的协调，兼顾斜拉桥结构受力合理性，采用桥台和桥墩与道路正交布置、南北幅桥台错开布置的方式，尽量避免在主河道中设墩，减少桥梁对主河道水流的影响，并方便施工。凤凰河桥北幅桥梁设计起点桩号为K0+315.5，设计终点桩号为K0+505.5，桥跨布置为4 7 m+86m+57m=190m，桥塔位于P2墩上方。南幅桥梁设计起点桩号为K0+305.5，设计终点桩号为K0+495.5，跨径布置为57 m+86m+47m=190m，桥塔位于P1墩上方。5747桥塔中心线道路中心线5600350,350,325,1550人非索车行道中央分福带车行道行机塔道动区车275中中图5桥墩处横断面布置图（单位：cm）4.3主桥设计上部结构为变截面预应力混凝土箱梁，采用大悬臂直腹板单箱4 室结构，全长19 0 m，单幅宽27.99m，其中外侧悬臂长5.7 5m。连续梁跨径布置为57 m+86m+47m，两侧边跨与中跨的跨径比分别为0.6 6 和0.55。中跨跨中及边跨端部梁高均为2.2 m，墩顶梁高3.6 m。箱梁标准段顶、底板厚均为0.2 5m，腹板厚为0.5m，在墩支点处底板逐渐加厚至0.9 m，腹板加厚至0.9 m，在桥台处底板逐渐加厚至0.5m，腹板加厚至0.8 m。主梁在桥墩及桥台位置各设1道横梁，桥墩处中横梁厚度为4 m，桥台处端横梁厚度为2 m，同时在拉索对应位置设置厚0.5m的横隔梁，中跨横隔梁纵向间距12 m，边跨为6.5m，沿横向通长布置。另外，在最外侧箱室与大悬臂对应位置每隔5m设置1道厚0.3m加劲肋。箱梁标准段构造见图6。.79佛子岭路00984501550182020801450325350350紫非人塔机行区动道道275城市道桥与防洪程宏斌：六安市佛子岭路跨凤凰河桥设计分析2023年第6 期设计道路中心线斜拉索999174504755475504855036559图6 箱梁标准段构造图（单位：cm）该桥结构体系采用塔梁固结、墩梁分离连续梁支承体系。桥塔高36 m，宽2 1.5m，中间构造尺寸满足15.5m行车道的通行净空要求。为满足桥梁景观设计的需要，桥塔外形整体上呈现为半椭圆形，立面外轮廓由几段半椭圆曲线组合而成，最外侧轮廓椭圆长轴半径36 m，短轴半径10.7 5m；内侧轮廓椭圆长轴半径31m，短轴半径8.2 5m；同时设置长轴半径32 m，短轴半径8.4 m的曲线实现桥塔的景观槽口，以满足景观桥塔的布置需求。主塔截面纵桥向宽3m保持不变，横向截面宽度通过椭圆长轴半径的变化从2.5m变化到5m。桥塔为钢筋混凝土结构，采用定型钢模浇筑成型，并在桥塔内部设置劲性骨架。桥塔构造见图7。1000道路中心线215016502.0%1130图7 桥塔构造图（单位：cm）本桥采用双索面斜拉索布置，每个桥塔设斜拉索10 对，斜拉索在桥塔上索距为2.5m，梁上主跨侧索距为12 m，边跨侧索距为6.5m。斜拉索在塔上采用单侧双向抗滑的分丝管锚固，在梁上锚固于主梁顶板横隔梁位置。为了实现斜拉索的张拉以及后期换索的方便，选用可实现单根张拉和单根更换的钢绞线作为斜拉索，拉索规格为2 2-15.2，钢绞线强度fk=1860MPa,斜拉索外包HDPE外套管。下部结构横桥向共3个桥墩，中间桥墩为2 幅桥共用，顺桥向和横桥向宽分别为3m和5m，两端为减小水流阻力采用圆弧倒角，下接承台桩基。5结构计算分析5.1计算模型主桥结构分析采用Midas/Civil建立空间梁单元桥塔设计中心线斜拉索279918002%桥塔中心线100900910980098卫725250950模型，塔梁均采用梁单元、拉索采用架单元模拟。计算模型中共有梁单元2 0 7 个，桁架单元2 0 个，节点数共2 4 5个，计算模型见图8，计算荷载及工况按575规范要求取值。图8 空间有限元模型5.2主梁静力计算主梁按A类预应力混凝土构件设计。根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG3362一2 0 18)分别对其抗弯、抗剪承载力进行验算，验算结果见图9、图10。同时对施工阶段正截面应力、使用阶段正截面混凝土拉应力、斜截面混凝土主拉应力、主梁挠度进行验算，验算结果均满足设计规范要求 4 。其中，汽车荷载作用下主梁最大挠度为15mm（见图11)，小于规范要求的l/500=172mm，满足规范要求。120013000095图9 成桥阶段主梁抗弯承载能力包络图250-500-B图10 成桥阶段主梁抗剪承载能力包络图2-1R=0.000E+0NODE-1Y-OTR-O.0E+000NODE-12-0R-1.518E+001NODE-34COMB-1.52E+001NODE=346.059E+002图11主梁在汽车作用下的竖向位移（单位：mm）5.3拱塔及斜拉索静力计算分别对混凝土拱塔、斜拉索进行计算，其中拱塔纵桥向最大弯矩为8 34 9.6 kNm，最大剪力为379.1kN,塔底轴力最大值为18 4 9 2 kN，承载能力均能够满足；成桥索力最大值为2 2 0 6.5kN。5.4全桥稳定分析在恒载作用下，结构前3阶失稳模态均为桥塔侧向失稳。其中1阶失稳模态见图12，稳定安全系数K的最小值为2 57。结果表明，本桥采用索辅梁桥结构体系具有较高的整体稳定性 5。5.5结构动力分析对该桥进行结构动力特性分析，计算得出结构180DEFORMEDSHAPE2023年第6 期程宏斌：六安市佛子岭路跨凤凰河桥设计分析城市道桥与防洪UOXLINGMODE系线2-56 E+02结构1阶失稳模态（K=257）图12 结构稳定分析阶振型为主梁1阶竖弯，振动频率为1.2 2 Hz;2阶振型为主梁2 阶竖弯，振动频率为2.15Hz;3阶振型为桥塔横弯，振动频率为2.39 Hz。6施工方案本桥基础采用钻孔灌注桩，主梁采用支架现浇，边跨采用满堂支架，中跨采用少支架，桥塔采用定型钢模施工。桥梁的主要施工顺序为：(1)现场施工桩基、承台、桥台、桥墩等下部结构。(2)现场施工斜拉塔下部结构至桥墩顶端标高。（3）支架施工浇筑主梁混凝土，边跨采用满堂支架，中跨采用少支架。（4）张拉主梁纵横向预应力，张拉顺序为先张拉顶板束，再张拉底板束。（5)在桥面上搭设桥塔支架，绑扎钢筋，采用定型钢模施工桥塔部分。（6)现场安装并张拉斜拉索，拆除支架。（7)施工桥台背墙，台背回填。（8)施工桥面铺装、人行道、台后搭板等其他附属设施。(9)荷载试验。(10)竣工通车。桥梁施工方案尽量采用少支架方案，可减轻对河道的影响。本桥预估施工工期16 个月。7 结 语本文以六安市佛子岭路跨凤凰河桥设计为背景，对该桥的桥型方案比选、总体布置、主要结构设计以及施工方法进行了介绍，并对该桥结构进行了整体静力分析和动力分析。验算结果均满足规范要求，结构设计合理，可为同类桥梁设计提供参考。参考文献：1项海帆.桥梁概念设计 M.北京：人民交通出版社,2 0 11.2严国敏.现代斜拉桥 M.成都：西南交通大学出版社，19 9 6.3王伯惠.斜拉桥结构发展和中国经验 M.北京：人民交通出版社，2004.4JTG3362018,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 S5JTG/T3365-012020,公路斜拉桥设计规范 S城市道桥与防洪杂志是您合作的伙伴，为您提供平台，携手共同发展！欢迎新老读者订阅期刊欢迎新老客户刊登广告投稿