芜湖市三环路青弋江大桥主桥设计和结构分析

何 承 珩

(同济大学，上海 200092)

芜湖市三环路青弋江大桥主桥设计和结构分析

何 承 珩

(同济大学，上海 200092)

以芜湖市三环路青戈江大桥为例，详细介绍了主桥上、下部结构设计要点，并采用基于平截面假定的平面杆系分析方法对主梁纵向静力结构进行了分析计算，为今后变截面预应力混凝土连续箱梁桥的设计、施工提供了参考借鉴。

桥梁，箱梁，设计，结构分析

1 工程概况

芜申运河是一条沟通青弋江、水阳江和太湖水系的省际内河航运通道；三环路是芜湖市一条纵贯南北、串联各分区的快速通道；青弋江大桥是芜湖市三环路的重要组成部分。

通过方案设计和初步设计比较，主桥采用变截面预应力混凝土连续箱梁，跨径组合为73 m+118 m+73 m=264 m，桥宽2 m×21.5 m=43.0 m。引桥上部结构采用简支变连续预应力混凝土小箱梁，北岸跨径采用6×30 m+(35+2×33.6)m的跨径组合布置，上跨横向道路黄山路；北岸采用9×30 m的跨径组合布置。本桥已于2009年开工，2011年建成通车。主桥效果图见图1。

2 主要技术标准

1)道路等级：城市主干路；计算行车速度：80 km/h。2)设计荷载:公路—Ⅰ级，人群荷载按照JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范取用。3)抗震设防标准：基本烈度6度，工程区域地震动峰

值加速度为0.05g。按地震烈度7度设防。4)青弋江通航标准：规划Ⅲ级，通航净宽B=74.25 m，通航净高H=7.0 m，设计最高通航水位10.41 m(黄海高程)，设计最低通航水位1.56 m。5)桥梁纵坡分别为北岸3.5%和南岸3.0%，竖曲线采用R=4 500 m凸曲线。

3 主桥设计

3.1 主桥总体设计

主桥总体设计情况详见图2,图3。

3.2 上部结构设计

3.2.1 箱梁构造设计

主桥上部结构为73+118+73=264 m三跨变截面预应力混凝土连续箱梁，由上、下行分离的两个单箱双室箱型截面组成。单个箱体顶板宽21.5 m，厚0.28 m，设2%的横坡；底板宽13.5 m，厚度为0.28 m～0.85 m，从距主墩中心58 m至距主墩中心2.25 m范围按1.8次抛物线变化，横桥向底板保持水平；箱梁根部梁高6.9 m，跨中梁高2.9 m，箱梁梁高从距主墩中心58 m至距主墩中心2.25 m处按1.8次抛物线变化；腹板厚度0号～11号块件为1.1 m～0.58 m，12号～15号块件为0.58 m；箱梁顶板悬臂长4 m，端部厚0.2 m，根部厚0.6 m。在主墩墩顶设置一道厚2.5 m横隔梁，在边墩墩顶设置一道厚1.5 m横隔梁，在跨中设置厚0.4 m横隔板。

3.2.2 箱梁预应力设计

箱梁采用三向预应力体系。纵向预应力钢束：纵向预应力钢束设置了腹板束(F)、顶板束(T)、边跨底板束(BS)、中跨底板束(BM)、边跨顶板合龙束(TS)及中跨顶板合龙束(TM)六种，采用两种编束： 9-φs15.20和12-φs15.20。横向预应力钢束：桥面板横向预应力钢束采用BMl5-3扁锚体系；端横梁预应力束采用Ml5-12锚固体系；中横梁预应力采用JL32精轧螺纹钢筋。竖向预应力钢筋：采用JL25精轧螺纹钢筋。

3.3 下部结构设计

主桥下部结构主墩采用钢筋混凝土实体桥墩，低桩承台，群桩基础。桩基采用D2.0 m钻孔灌注桩；承台根据航道部门的要求埋置在规划河床断面以下；墩身宽4.0 m，长13.5 m，二端设R=2 m的圆形端头。主桥边墩采用双柱式桥墩，低桩承台，群桩基础。桩基采用D1.5 m钻孔灌注桩；承台埋置在地面以下；单个立柱采用正方形截面，尺寸大小为2 m×2 m；盖梁为预应力混凝土盖梁。主桥桩基均按嵌岩桩设计。

4 结构分析

主桥上部结构为三跨变截面预应力混凝土连续箱梁，主梁纵向静力结构分析采用基于平截面假定的平面杆系分析方法，分析软件采用MIDAS/Civil v7.41。设计安全等级为一级，对应结构重要性系数1.1。构件计算标准为全预应力混凝土构件。

4.1 持久状况承载能力极限状态计算

4.1.1 正截面抗弯承载能力

由图4,图5可见，主梁截面抗弯承载力满足规范要求。

4.1.2 斜截面抗剪承载能力

由图6，图7可见，主梁截面抗剪承载力满足规范要求。

4.1.3 抗扭承载能力

主梁在活载偏心作用下处于弯剪扭状态，按照规范对箱形截面剪扭构件的规定，计算主梁的抗剪承载力和抗扭承载力。由图8～图10可见，主梁的抗剪承载力和抗扭承载力满足规范要求。

4.2 持久状况承载能力极限状态计算

4.2.1 正截面抗裂计算

短期效应组合。

由图11，图12可见，主梁在作用(荷载)短期效应组合下，上下缘基本处于受压状态，主梁满足全预应力构件的抗裂要求。

4.2.2 斜截面抗裂计算

由图13可见，主梁在作用(荷载)短期效应组合下，最大主拉应力为0.9 MPa，小于规范容许的1.06 MPa，满足规范对全预应力构件的斜截面抗裂要求。

4.2.3 挠度计算

主梁跨中在扣除恒载引起的挠度后最大挠度为3.9 cm(向下)，考虑全预应力构件截面刚度应按0.95EcI0计算，实际最大挠度应为3.9/0.95=4.1 cm，将该值乘以“挠度长期增长系数”(对于C50混凝土为1.425)，得到4.1×1.425=5.85 cm

4.3 持久状况构件的应力计算

4.3.1 法向压应力

由图14,图15可见，主梁在使用阶段正截面混凝土最大压应力为13.41 MPa，小于规范限值16.2 MPa，满足规范要求。

4.3.2 主压应力

由图16可见，主梁在使用阶段截面混凝土最大主压应力为13.41 MPa，小于规范限值19.44 MPa，满足规范要求。

4.4 短暂状况构件的应力计算

4.4.1 施工阶段

按照主梁设计施工过程模拟计算模型施工步骤，见表1。

4.4.2 施工阶段混凝土压应力计算

由图17可见，施工阶段主梁最大压应力为13.85 MPa，小于规范限值20.41 MPa，满足规范要求。

4.4.3 施工阶段混凝土拉应力计算

由图18可见，施工阶段主梁上下缘基本处于受压状态，满足规范要求。

4.4.4 施工阶段单“T”悬臂最大工况计算

表2 最大悬臂状态施工工况

施工阶段单“T”悬臂最大时，共计算了五种不利工况，见表2。五种工况组合下，墩梁固结点产生弯矩为237 260 kN·m，对应轴力为102 020 kN。经计算，每个主墩处单侧单个临时固结墩受到的压力分别为30 177 kN和3 822 kN，无拉力出现。经计算，单个临时固结墩轴心受压承载力为33 152 kN，受拉承载力为7 600 kN，临时固结墩满足承载力要求。在上述最大弯矩和对应轴力的情况下，对主墩截面进行强度和裂缝计算，均满足规范要求。

5 结语

本工程作为一座较有代表性的大跨径变截面预应力混凝土连续箱梁，在总体设计、上部和下部结构设计、结构分析等方面，均具有一定的参考价值。

[1] 张继尧，王昌将.悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2] 朱汉华,陈孟冲,袁迎捷.预应力混凝土连续箱梁桥裂缝分析与防治[M].北京：人民交通出版社，2006.

Analysis on the design and structure of major Qinggejiang bridge on Sanhuan road in Wuhu city

HE Cheng-heng

(TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

Taking Qinggejiang bridge on Sanhuan road in Wuhu city as an example, the paper specifically introduces the upper and lower bridge structure design points, analyzes and calculates the vertical static structure of the main beam by applying horizontal truss analysis method based on plane cross-section assumption, which has provided some guidance for the design and construction of prestressed concrete box girder with various cross-section.

bridge, box girder, design, structural analysis

1009-6825(2014)11-0166-04

2014-02-07

何承珩(1977- )，男，高级工程师

U442.5

A