六安市梅山南路斜靠拱桥设计

程正林

（林同棪国际工程咨询（中国）有限公司，上海市 200433）

0 引言

六安市梅山南路桥跨越淠河总干渠，老桥建于20世纪90年代，老桥为三跨T构带挂梁桥型，现已成为危桥，须拆除重建。淠河总干渠河口宽度85 m左右，河道通航等级为Ⅵ级；淠河为饮用水源保护地，桥型跨径布置要求一跨过河，不得河中设墩；桥头两端紧邻平面交叉口，新建桥梁桥面标高没有进一步抬升空间；梅山南路为六安市城市主干路，桥面宽度为51 m；桥位地处城市核心区域，周边环境对桥梁景观提出了极高要求。

1 方案设计

只有充分研究、分析、理解桥梁设计控制条件及影响因素，才能设计合理的桥型方案，合理的桥型方案既能满足功能要求，也能节约造价并通过桥梁景观提升周边地块的价值。

根据桥位处河口宽度，一跨过河桥梁跨径为95 m左右。受两岸接线交叉口标高及桥下通航净空限制，桥梁结构高度最大只能做到2.6 m。受结构高度限制，普通梁桥无法满足要求，需采用索类桥型，索类桥型中斜拉、悬索结构受一跨过河及桥头交叉口限制无法展开，而索类桥型中的下承式拱桥是较为适合的桥型方案。该桥断面较宽，传统系杆拱桥拱肋间设置风撑，风撑与拱肋形成的“门”形跨高比太大造成比例失调，且空间上感觉比较压抑，景观效果一般。斜靠拱桥是解决上述问题的理想方案。该桥采用下承式无推力体系，布置跨径为单跨95 m，桥面宽度51 m。全桥共设4道拱肋，其中内侧主拱肋直径较大，其外侧采用装饰拱肋，采用钢管混凝土，主梁采用混凝土结构。图1为梅山南路桥效果图。

图1 梅山南路桥效果图

2 结构设计

桥梁上部结构采用钢管混凝土斜靠拱组合预应力混凝土主梁结构，下部结构采用直壁式钢筋混凝土桥台，钻孔灌注桩基础。

拱肋计算跨径为92 m，拱轴线采用二次抛物线，矢跨比1/4.5（斜拱立面投影与主拱一致）。拱肋采用钢管混凝土，拱肋截面单圆管,主拱、斜拱拱肋直径分别为2.0 m、1.5 m。拱肋钢管采用Q345qD钢，主拱、斜拱钢管壁厚分别为25 mm、20 mm，拱肋内填充C50微膨胀混凝土。中间两道拱肋钢管外设装饰钢桁架。

主梁结构由主拱系梁、斜拱系梁、端横梁、中横梁、桥面板几部分组成。系梁全部采用预应力混凝土箱形结构，主系梁高2.20 m，底宽3.5 m，腹板宽0.4 m；边系梁梁高2.01 m，底宽3.0 m，腹板宽0.4 m。中横梁采用预应力钢筋混凝土结构，梁高1.98～2.45 m，宽0.22～0.7 m，主拱肋之间中横梁底部设计为马蹄形以适应结构受力要求，马蹄宽0.5 m，高0.35 m，中横梁间隔5 m。图2为主梁断面图。

图2 主梁断面图（单位：mm）

该桥吊杆均采用成品索，吊杆由φ7 mm的高强度、低松弛环氧涂层钢丝组成，主吊杆采用PES7-109环氧喷涂平行钢丝低应力防腐拉索，斜吊杆采用PES7-85环氧喷涂平行钢丝低应力防腐拉索。主吊杆、斜吊杆布置间距皆为5 m。

3 结构分析

该桥横向较宽，空间效应非常显著，传统的杆系及梁单元模型很难准确模拟结构的实际受力状态。该桥结构设计采用通用有限元ANSYS程序建立空间实体单元模型。预应力钢束采用LINK8杆单元模拟，建立系梁钢束、端横梁钢束和中横梁钢束空间单元模型。详见图3～图8及表1、表2。

图3 计算模型

图4 成桥阶段吊杆内力（单位：kN）

图5 成桥阶段主拱肋钢管应力（单位：MPa）

图6 成桥阶段主拱肋混凝土应力（单位：MPa）

图7 成桥阶段主梁顶面纵向正应力Sx（单位：Pa）

图8 成桥阶段主梁底面纵向正应力Sx（单位：Pa）

表1 成桥阶段拱圈应力设计值

表2 成桥阶段主梁应力设计值

通过计算分析，成桥阶段主拱、斜拱吊杆最大内力分别为2 230 kN、1 590 kN，对应安全系数分别为3.14、3.44，满足规范要求；钢管混凝土拱肋各项应力满足规范要求；主梁截面为出现拉应力；拱肋正、负扰度之和为 0.003-（-0.014 2）=0.017 2 m<92/1 000=0.092 m，满足要求[1，2]。

4 施工方案

该桥施工采用先梁后拱方案。主要施工顺序如下：满堂支架现浇主梁，并养护至设计强度→张拉一半系梁钢束、全部横梁钢束→安装拱肋、泵送混凝土填筑拱圈，并养护至设计强度→张拉吊杆，形成系杆拱体系→张拉余下系梁钢束及全部桥面板钢束→附属设施施工。

6 结语

斜靠拱桥结构新颖，造型美观，集功能与景观与一体，在城市桥型，特别是宽桥中有明显优势。斜靠拱桥作为国内较为新兴的桥型，本文总结六安市梅山南路桥设计，分析细节，希望能为以后同类桥梁建设提供点参考或借鉴。

[1]GB 50923—2013，钢管混凝土拱桥技术规范[S].

[2]陈宝春,韦建刚.吴庆雄.钢管混凝土拱桥技术规程与设计应用[M].北京：人民交通出版社，2011.