超宽幅主梁扭背索独塔斜拉桥总体设计.pdf

桥梁建设2023年第53卷第S1期(总第283期)Bridg e Co nst ruc t io n,Vo l.53,No.SI,2023(To t al l y No.283)98文章编号：1003-4722(2023)Sl-0098-07 DOI：10.20051/j.issn.1003-4722.2023.SI.014超宽幅主梁扭背索独塔斜拉桥总体设计张维，付坤，王维民(中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北武汉430056)摘 要：厦漳同城大道沙洲岛特大桥西溪主桥采用(88+200)m扭背索独塔斜拉桥，塔墩梁固 结体系。主梁采用钢-混混合梁，其中主跨为整幅钢箱梁，梁宽47 m；边跨为预应力混凝土箱梁，梁 宽51 m；钢-混结合面位于主跨距桥塔理论跨径线15 m处。桥塔采用独柱式钢筋混凝土斜塔，总 高134.6 m,桥塔向边跨倾斜8,其下布置整体式承台，钻孔桩群桩基础。斜拉索采用标准抗拉强 度1 670 MPa平行钢丝拉索，边跨斜拉索为双索面空间扭背索，主跨斜拉索为准单索面。针对超宽 桥面，采用空间梁格法分析剪力滞的影响，将混凝土梁纵腹板由6道增至8道。按3 m顺桥向标准 间距设置钢箱梁实体式横隔板，可使该桥宽幅主梁偏载、扭转效应导致的应力增量控制在允许范围 内。对塔墩梁结合部进行有限元精细化分析，针对应力集中情况，优化局部构造和配筋设计，经计 算，优化后结构受力满足设计要求。关键词：独塔斜拉桥;扭背索；超宽幅主梁；钢箱梁；斜塔;塔墩梁结合部；有限元法;桥梁设计 中图分类号：U44&27；U442.5 文献标志码：AOverall Design of Single Pylon Cable-Stayed Bridge with Very Wide Main Girder and Twisted Back Cable PlanesZHANG Wei,FU Kun,WANG Wei-min(CCCC Sec o nd Hig h way Co nsul t ant s Co.,Lt d.,Wuh an 430056,Ch ina)Abstract:Th e Xix i main bridg e o f Sh azh o u Isl and Bridg e c arry ing a sec t io n o f t h e Xiamen-Zh ang zh a Int rac it y Avenue is a sing l e p y l o n c abl e-st ay ed bridg e feat uring it s t wist ed bac k c abl e p l anes.Th e bridg e h as t wo sp ans o f 88 m and 200 m,wh ere t h e p y l o n fix ed wit h t h e sup p o rt ing p ier and t h e sup erst ruc t ure Th e sup erst ruc t ure c o nsist s o f int eg ral st eel bo x g irders in t h e main sp an t h at measure 47 m wide and p rest ressed c o nc ret e bo x g irders in t h e side sp an wit h widt h reac h ing up t o 51 m.Th e st eel-c o nc ret e j o int int erfac e is arrang ed in t h e main sp an,15 m t o t h e p y l o n.Th e p y l o n,rising 134.6 m in ful l h eig h t,is a mo no-p o l e rein fo rc ed c o nc ret e p y l o n t h at inc l ines 8 t o wards t h e side sp an.Th e p y l o n is mo unt ed o n an int eg ral p il e c ap t h at is in t urn sup p o rt ed by bo red p辻es.Th e st ay c abl es are c o mp o sed o f p aral l el st eel wires wit h no minal t ensil e st reng t h o f 1 670 MPa.Th e st ay c abl es in t h e main sp an are arrang ed in a t y p ic al sing l e c abl e p l ane,wh il e t h e st ay c abl es in t h e side sp an are l aid o ut in sp at ial t wist ed do ubl e c abl e p l anes.To address t h e very wide sup erst ruc t ure,a sp at ial g ril l ag e anal o g y met h o d was emp l o y ed t o anal y ze t h e sh ear l ag effec t,c o nseq uent l y,t h e o rig inal 6 l o ng it udinal webs o f c o nc ret e bo x g irders was mo dified t o be 8.Inside t h e st eel bo x g irders,t h e so l id diap h rag ms are sp ac ed at 3 m al o ng bridg e l eng t h,t o al l o w t h e st ress inc rement c aused by t h e ec c ent ric and t o rsio nal effec t o f t h e very wide main g irder t o be in al l o wabl e rang e.Th e p y l o n-p ier-g irder j o int sec t io n was anal y zed by t h e收稿日期收稿日期=2022-08-18基金项目：中交集团重大科技研发项目(2021-ZJKJ-08)Key Pro j ec t o f Sc ienc e and Tec h no l o g y Researc h and Devel o p ment Pro g ram o f CCCC(2021-ZJKJ-08)作者简介：张维，高级工程师,E-mail:534344498q q.c o rn.研究方向：大跨度与复杂特殊结构桥梁工程。超宽幅主梁扭背索独塔斜拉桥总体设计 张 维，付 坤，王维民99refined finit e el ement met h o d.In ac c o rdanc e wit h t h e st ress c o nc ent rat io n c o ndit io ns t h e l o c al st ruc t ural c o nfig urat io n and reinfo rc ement desig n was o p t imized.Cal c ul at io ns demo nst rat e t h at t h e mec h anic al p ro p ert y o f t h e bridg e st ruc t ure aft er o p t imizat io n meet s t h e desig n req uirement s.Key words:sing l e p y l o n c abl e-st ay ed bridg e；t wist ed bac k c abl e p l ane；very wide main g irder；st eel bo x g irder；inc l ined p y l o n；p y l o n-p ier-g irder j o int sec t io n；finit e el ement met h o d;bridg e desig n1工程概况厦漳同城大道工程是厦门市与漳州市间的新建 快速通道，沙洲岛特大桥西溪主桥为该项目中最具 亮点的特大桥梁工程，采用主跨200 m扭背索独塔 混合梁斜拉桥。1.1建设条件西溪主桥桥址区属于河流堆积地貌，两岸地形 较为平坦。该桥跨越九龙江西溪干流，距入海口约 13 km,属潮汐影响范围。桥位附近河道基本顺宜，河床断面呈U形，深泓及冲淤变化均较小。两岸设 有防洪堤，多年来河势基本稳定。工程区域地层主要为冲积覆盖层、强风化花岗 岩、中风化花岗岩，其中强风化岩层厚度变化剧烈，强风化沟槽密集分布且钻孔遇孤石率较高。1.2主要技术标准道路等级为一级公路（兼城市快速路功能），双向 8车道，设计速度80 km/h,两侧设非机动车道和人行 道;汽车荷载标准为公路一I级;桥梁标准断面宽47 m（包含宽5 m中央分隔带）;地震动峰值加速度0.15g,反应谱特征周期0.45 s,场地类别为皿类;设计基准 风速V1O=39.7 m/s；桥下航道为内河V级航道，单孔 双向通航孔净空170 mX12 m；通航孔两侧桥墩船撞 力设防标准为17.5 MN（横桥向撞击力）。2桥型总体布置西溪主桥采用（88+200）m扭背索独塔斜拉 桥口切，其边跨斜拉索为双索面，通过在梁端反转斜 拉索的锚固顺序，形成似飞鸟翅膀的扭转索面空间 结构。扭背索独塔斜拉桥总体造型新颖、美观，但边 跨斜拉索工作效率总体较低，且恒载状态下各对斜 拉索的水平分力不能保持近似平衡，导致上塔柱出 现较大的弯矩。当主梁较宽时，还存在边跨最外侧 斜拉索因横向倾角较大易与桥面建筑界限冲突的问 题。结合桥型受力特点及宽幅主梁特征，总体设计 时采取缩短边跨梁长、将桥塔向边跨倾斜、压缩塔上 锚固点竖向间距并适当加高桥塔中塔柱等措施，一 定程度上改进了上述不足间。缩短边跨跨度后，主 梁刚度有所增加，结合边跨跨中附近区段的扭背索 近似竖直,为边跨主梁提供了较强的竖向约束，因此 设计中取消了辅助墩,仅设置交界墩。西溪主桥主梁采用钢-混混合梁,其主跨为钢箱 梁、边跨为混凝土箱梁，钢-混结合面位于主跨距桥 塔理论跨径线15 m处。独柱式桥塔位于主梁中央 并向边跨倾斜8。主跨斜拉索为准单索面“旳，梁上 锚固点顺桥向间距12 ni；边跨斜拉索为双索面空间 扭背索，梁上锚固点顺桥向间距4 m；结构总体约束 体系为塔墩梁固结体系。沙洲岛特大桥西溪主桥立 面布置见图1。图1沙洲岛特大桥西溪主桥立面布置Fig.1 Elevation View of Xixi Main Bridge of Shazhou Island Bridge3结构设计3.1主梁3.1.1边跨混凝土箱梁该桥边跨主梁采用超宽幅混凝土整体式箱 梁阪，其剪力滞效应较显著且横向受力控制梁高尺 寸，是该桥设计难点之一。考虑到缩减斜拉索锚固 点横向间距，可弱化主梁剪力滞效应、减小横梁的计 算跨径，故边跨主梁选用带悬臂翼缘的箱形截面，并 将斜拉索锚固于翼缘根部。采用空间梁格法研究了 纵腹板数量对斜拉桥超宽幅混凝土箱梁剪力滞效应 100桥梁建设 Bridg e Co nst ruc t io n2023,53(S1)的影响间。结果表明,8道纵腹板相对6道纵腹板主 梁剪力滞效应降幅较为明显。最终纵腹板数量由6 道增至8道，将剪力滞效应控制在可接受范围内。边跨混凝土箱梁