武汉大道金桥主桥的设计

熊 涛，裴必达，龙俊贤

（1.中铁二院武汉勘察设计研究院有限责任公司，武汉 430071；2.湖南大学土木工程学院，长沙 410082）

武汉大道金桥主桥的设计

熊 涛1，裴必达2，龙俊贤1

（1.中铁二院武汉勘察设计研究院有限责任公司，武汉 430071；2.湖南大学土木工程学院，长沙 410082）

为探索跨铁路站场大型变宽斜拉桥的结构特点及其关健技术，对武汉大道金桥的设计和计算分析过程进行了总结。金桥为独塔双索面预应力混凝土斜拉桥，跨径组合为（138＋81＋41）m，桥面宽39～49.9m，塔、墩、梁固结体系；主梁采用双边箱梁截面，桥塔为混凝土结构、高79.0m，斜拉索采用扇形空间索面布置。结构分析采用有限元软件MIDAS进行总体受力分析，并采用ANSYS对桥塔锚索区顶部三个节段进行局部受力性能分析和优化，通过试验及计算对该桥的抗震及抗风性能开展了专题研究。结果表明该桥的强度、刚度等各项检算值均满足规范要求。

桥梁工程； 跨线桥； 主干道； 变宽； 斜拉桥

作为纪念辛亥革命100周年的重点配套工程，武汉大道是汉口地区南北方向重要的城市快速通道，是联系武汉市一环线、二环线、三环线的放射线和快速出城通道。黄浦大街－金桥大道工程是武汉大道工程的重要组成部分，由黄浦大街和金桥大道组成，起于黄浦路立交落地点，止于三金潭立交，全长约6.0km。金桥是整个大道改造工程中的一个控制点。该工程在京广线K1189＋135处上跨京广铁路，交叉处现有金桥大道是以8m＋10m＋10m＋8m框架桥形式下穿京广铁路，中间两孔为机动车道，两侧两孔为非机动车道和人行道。京广铁路下穿地下通道沿高架桥纵向长为110m。该工程需跨铁路站场，站场内铁路包括京广铁路、合武高铁、汉孝城际等13股道电气化铁路。桥位处地形、地貌非常复杂，附近既有建筑多；同时桥位还紧邻武汉城内最大立交——竹叶山立交，为与竹叶山立交衔接，桥面宽度需做成变宽桥面且桥面设计高程受到了制约。由于桥下铁路、公路交通不能中断，桥梁设计受限制条件多，设计、施工均非常复杂。

1 桥梁方案比选

1.1 选型原则

基于桥梁设计的安全、适用、经济、美观、耐久等基本原则，结合桥位的实际情况及关键控制因素对桥型做出合理的选择。该工程的关键控制因素主要有3个：其一是需要一跨跨过一百多米宽的铁路站场，这就需要选择跨越能力较大的桥型；其二是要与竹叶山立交衔接，同时还要兼顾铁路电气化设备的高程，因此桥梁的高程要严格控制且需采用变宽桥面；其三是桥下的交通不能中断，所选择的施工方法不能影响桥下交通。

1.2 初选方案

根据以上原则及主要控制因素，该工程在方案设计提出了3种方案：斜拉桥方案、钢管拱桥方案及连续梁桥方案。

方案1：斜拉桥方案，桥型为135＋56＋39m独塔双索面混凝土斜拉桥，如图1所示。

独塔斜拉桥是一种较常见的孔跨布置方式，适用于一跨跨越中小河流和城市通道。梁体尺寸小，受桥下净空和桥面标高的限制少。主梁内力均匀，抗裂性能好，适应不同的地质、地形条件，便于悬臂法施工。此处采用135m的主跨一跨跨过铁路站场，在边跨设置辅助墩以提高体系刚度、减小主跨挠度。能满足以上3个严格的条件。

方案2：钢管拱桥方案，桥型布置为单孔135m钢管混凝土系杆拱桥，如图2所示。

这种变宽桥面的拱桥，一侧拱圈与线路斜交，似展翅欲飞的蝴蝶，其优美的曲线增强桥梁的视觉冲击力。同时钢管混凝土拱桥具有自重轻、强度大、抗变形能力强、跨度适应能力强、承载能力大、地基适应性好等突出优点。其施工快捷，工期短，投资见效快。但难以满足场地施工条件。

方案3：连续梁桥方案，桥型为50m＋100m＋60m预应力混凝土变截面连续梁桥，如图3所示。

采用两跨跨过铁路站场，巧妙地利用了站场间的一块空地，使得主跨与边跨的悬臂段得以对称布置，方便悬臂施工。该桥型属于常规桥型，具有耐久性好、适应性强、整体性好、行车平顺、视觉通透性好以及美观等许多优点。与同等规模的其它桥型相比，具有施工方便、工期短、造价低等优点。但需要在铁路中间设置桥墩，影响将来的发展。

1.3 方案对比

以上三个方案均能满足桥下既有铁路和规划铁路净宽及净高的要求，均能达到设计荷载标准。综合考虑景观效果、施工工期、实施难易程度、经济性和施工期间对铁路的影响程度等，比较见表1。

通过表1比较可见，方案1造型独特，施工难度不大，技术成熟，景观效果好，综合以上考虑，该次设计推荐方案1。

表1 主桥方案对比表

2 主桥的设计

2.1 结构布置

金桥主桥为独塔双索面预应力混凝土斜拉桥，全长260m，跨度布置为138＋81＋41＝260m，主跨138m。塔、墩、梁固结体系，免去了主墩设置大吨位支座的麻烦。

桥面宽度由39m渐变至49.9m，按双向6车道设计，主梁采用双边箱梁截面（见图5），梁高3.8m，标准桥面宽度组成：2.5（索锚区）＋0.5（防撞护栏）＋15.75（行车道）＋1.5（中间分隔带）＋15.75（行车道）＋0.5（防撞护栏）＋2.5（索锚区）＝39.0m。

桥塔顺桥向为独柱式，横桥向为A字型。

斜拉索采用扇形双索面，全桥共20对斜拉索，共80根。在边墩、辅助墩处竖向均设活动盆式橡胶支座，横向边墩处设横向挡块。

施工方法：138m主跨主梁采用后支点挂篮悬浇施工，81m和41m跨则采用满堂支架施工。

2.2 主梁的设计

主梁采用C55混凝土，一般节段索距6.0m，压重段索距3.70m。

主梁采用双边箱梁截面，双向1.5%横坡，主梁在路冠处梁高3.80m。全桥分为等宽段主梁和变宽段主梁。等宽段箱顶全宽39.00m，箱梁底宽39.60m，边箱宽6.50m，两个边箱之间的顶板设置了高1.80m、厚0.3m的小纵梁。

等宽段主梁标准截面尺寸如下：顶板厚0.26m，底板厚0.36m，边箱内腹板厚0.45m、边腹板厚1.20m，每个节段设置两道横梁，横梁采用马蹄形，马蹄厚0.48m，肋宽0.3m。斜拉索锚固块设置在边箱箱内。

压重区段主梁采用单箱六室封闭截面，节段长3.70m，设置一道横梁，横梁厚度0.68m，底板厚0.50m，顶板厚0.26m，中间竖腹板厚0.60m，边腹板1.20m，肋板与底板闭合，肋板厚度0.30m。

变宽段主梁顶板宽度由39.000m线性变宽至49.899m，主梁右幅截面不变，左幅截面宽度线性变化，两个边箱宽度不变，横向尺寸通过调整横梁的跨度加以实现。

在等宽段和变宽段每6m长的一个节段内设置两道横梁，横梁间距为3m，而在变宽段其小纵梁间的间距随着左幅宽度的变化而线性变化。

塔梁固结段，边箱竖腹板加厚至1.00m，边腹板加厚至2.20m，顶板加劲肋板由1.80m高渐变至相应位置梁全高，并加厚至1.00m肋板设置穿过索塔横梁。

2.3 桥塔的设计

桥塔横桥向最初设计采用A型塔，塔柱承台间有横向连接系梁，系梁施工需部分封锁金桥大道交通。设计考虑到该桥施工时，金桥大道附近的中一路将开通，车流经中一路分流，该桥施工时可以封锁交通，故设计采用下端封闭的A型塔。但是该桥主塔施工时，中一路未能如期开通，若封锁金桥大道部分交通，将严重影响居民出行。为避免影响金桥大道交通，设计对主塔方案进行优化，通过改变“A”字塔原来“叉开站立”为“直腿站立”，加强塔柱和中横梁的方案，取消了对工期和地面交通影响较大的斜拉桥 “A”字型底部的横系梁来达到不影响金桥大道交通的目的。

主塔采用C55混凝土。主塔顺桥向为柱式结构、横桥向为“A”型，钢筋混凝土结构。塔高承台以上为101.7m，桥面以上为79.012m，高跨比为0.57。塔上索距分别为1.8m、1.7m和2.3m。

主塔由塔座、下、中、上塔柱及下、中、上横梁等部分组成，塔座高2m，顶面尺寸为9.0m×12.0m，底面尺寸为13.0m×16.0m。下塔柱高18.3m，横桥向宽3.5～6m、顺桥向宽6.5～8m，采用单箱单室截面，壁厚为1.3m×1.5m，在根部及与下横梁交界部范围内壁厚逐渐加厚。

中塔柱高48.2m，横桥向等宽3.5m、顺桥向等宽6.5m，采用单箱单室截面，壁厚为1.0m×1.5m，在顶、底部与中、下横梁交界部一定范围内壁厚逐渐加厚。

上塔柱高35m，横桥向等宽3.5m、顺桥向等宽6.5m，采用单箱室截面，侧墙基本壁厚均为1.0m、锚固墙均为1.4m，在顶、底部与上、中横梁交界部一定范围内壁厚逐渐加厚。上塔柱内设有斜拉索锚块。塔顶部为1.5m厚的上横梁。

下横梁即主梁T0节段，其顶同主梁一样设1.5%的斜坡，由于桥梁主跨主梁的加宽，主塔横向中心线与主梁中心线不重合，主梁中心线处高6.8m，横桥向均长42.6m，顺桥向宽6m，采用上、下箱型截面，顶板厚度为0.9m，中隔板厚度0.8m、底板厚度为0.6m，腹板厚度为1.5m。中横梁高4.0m，横桥向均长21.66m，顺桥向宽6m，采用单箱单室截面，顶、底板厚度为0.8m，腹板厚度为0.8m。上横梁高1.5m，横桥向均长10.84m，顺桥向同塔柱等宽，采用矩形截面。

斜拉索在主塔上采用非交错锚固，其具体构造是在塔柱中埋设钢管，再将斜拉索穿入用锚头锚固在钢管上端的锚垫板上，见图6（c））。上塔柱斜索锚固区设“井”字型预应力，以抵抗拉索在箱壁内产生的拉力。

2.4 斜拉索的设计

斜拉索采用扇形双索面，全桥共20对斜拉索，共80根。斜拉索采用7mm镀锌涂层高强平行钢丝斜拉索，外挤双层PE，内层为黑色，外层为彩色，钢丝标准强度f＝1 670MPa。斜拉索规格共7种，即：1877、2117、2417、2657、2837、3017、3377。斜拉索在主梁处最小倾角约26.0°，最大倾角约59.8°。斜拉索锚具采用冷铸墩头锚，梁端及塔端锚具均采用张拉端锚具。斜拉索在预埋钢导管内设置阻尼器。为方便桥梁运营阶段在电气化铁路上方斜拉索养护及换索方便，斜拉索锚固块设置在边箱内。在成桥状态下左幅最大索力为：8 535kN，右幅最大索力为：8 515kN。在运营阶段左幅最大索力为：8 698kN，右幅最大索力为：8 696kN。

3 主桥的计算

该桥总体结构分析采用MIDAS有限元程序建模，共495个节点，420个单元。考虑的荷载有施工临时荷载、恒载、汽车荷载、汽车制动力、温度荷载、基础变位，荷载按照规范要求进行组合，分析结果表明桥梁整体受力满足相关规范要求。

局部受力分析采用ANSYS软件建立桥塔锚索区顶部三个节段的细化模型，计算塔柱模型高6.8m。计算结果满足规范要求。

4 结 语

该桥为城市主干道上跨铁路站场的大桥，受诸多因素限制，如建设场地受限、施工与运营过程中必须保证铁路运输安全正常进行等。经过深入的技术、经济、施工等多方面的对比，主桥最终采用独塔斜拉桥，充分体现了安全、经济、美观等方面的考虑，同时主跨采用前支点挂篮悬臂施工，很好地解决了不影响铁路运输的问题；变宽桥面的设计也很好地解决了与竹叶山立交衔接的问题。如今的金桥已然成为了武汉大道上一条亮丽的风景线，将为大武汉的经济发展添砖加瓦，更是给千千万万的武汉人民的出行带来了极大的方便。

［1］项海帆.桥梁概念设计［M］.北京：人民交通出版社，2011.

［2］李亚东.桥梁工程概论［M］.成都：西南交通大学出版社，2001.

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［12］CJJ11—2011，城市桥梁设计规范［S］.中国建筑工业出版社，2011.

Design of the Main Bridge of the Jinqiao Bridge in Wuhan Road

XIONG Tao1，PEI Bi－da2，LONG Jun－xian1
（1.Wuhan Survey，Design and Research Institute Co，Ltd，China Railway Eryuan Engineering Group Co，Ltd，Wuhan 430071，China；2.College of Civil Engineering，Hunan University，Changsha 410082，China）

To probe into the structural features and key techniques of overpass and gradient width cable－stayed bridge，the design，calculation and analysis processes of the Jinqiao bridge in Wuhan road were summarized.The bridge is a prestressed concrete cable－stayed bridge with a single pylon and double cable plane.Its span arrangement is（138＋81＋41）m，deck width is 39～49.9mand structural system is the rigid fixity system of pylon，pier and girder.The pylon is the concrete structure that is 79.0mhigh，the stay cables are arranged in spatial cable plane of fan type.In the process of the design，the finite element software MIDAS was used to analyze the global force conditions of the bridge，the software ANSYS was used to calculate，analyze and optimize the local force behavior of anchor zone in pylon.The results indicate that the various checking calculation values of the strength and rigidity of the bridge can satisfy the relevant requirement in the codes.

bridge engineering； overpass bridge； main road； gradient width； cable－stayed bridge

10.3963／j.issn.1674－6066.2014.02.031

2014－03－06.

熊 涛（1983－），工程师.E－mail：34449011＠qq.com