苏州市东太湖大桥主桥设计方案

■张 恒 王天翔

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，武汉 430010）

1 工程概况

东太湖大桥为江苏省苏州市吴江区鲈乡路新建工程，桥位跨越东太湖，定位为城市景观桥。大桥的主要功能是承接城市南北向交通枢纽，沟通区域相关路网，缓解同向道路的交通压力；同时，大桥整体造型需体现桥位地区文化特点，与太湖环境和谐统一。

主要设计标准：（1）道路等级为双向6 车道，城市主干路；（2）计算行车速度为50km/h；（3）荷载等级：城-A 级；（4）抗震标准：地震基本烈度6 度。

2 结构型式的确定

太湖是全国五大淡水湖之一，为江苏省最大湖泊，古称震泽，又名笠泽。太湖流域是长江三角洲的重要水源地，是国家重点保护水域。因此，大桥结构型式的选择不仅要考虑景观，还必须采用成熟、快捷的施工技术，从而尽量减少工期，减少对太湖水环境的影响。

若采用斜拉桥、拱桥等结构形式，由于水中施工难度较大，工期较长，对水环境的影响相对较大，不是结构型式的最优选择。连续梁结构形式是江苏地区应用最为广泛，施工技术最为成熟的桥型，但普通连续梁的结构高度大，造型相对呆板，不能满足城市景观桥的要求。

通过连续梁结构设计优化，采用大悬臂展翅梁桥的设计概念，将荷载较小的非机动车道及人行道置于结构悬臂上；悬臂下方进行装饰设计，再辅以相应的灯光效果，则既能满足施工快捷的需要，也能有很好的景观效果。

3 结构设计方案

3.1 主桥结构设计

主桥上部结构采用三跨大悬臂预应力混凝土变截面连续箱梁，全长250m，跨径布置为（70+110+70)m。单幅桥梁采用单箱三室截面，中支点梁高6.8 m(L/16.18，L 为中跨跨径)，边支点梁高2.6m，中跨跨中梁高2.8m(L/39.29)，箱梁底板呈抛物线变化，箱梁标准段顶宽35.0m，底宽13.05～19.4m，外侧挑臂长6.5m，腹板厚0.5m～1.0m，顶板厚0.28m，底板厚0.28～0.80m。墩顶设置横梁，中横梁宽2.8m、端横梁宽为1.8m。全桥共设置一个主跨合龙段和二个边跨合龙段。0 号段长度为13m；节段长度为3m～4.5m，悬臂浇筑最大节段重量约350t。主桥立面图详见图1，主梁横段面构造图见图2。

由于桥梁宽度较大，主墩支点荷载较大，其下部结构规模也较大；主桥位于东太湖泄洪槽，应尽量减少桥梁下部结构对泄洪过水断面的阻隔，因此，主桥主墩采用带二级承台的双柱桥墩，墩柱边缘为弧形，减少对水流的影响；承台采用钢筋混凝土结构，厚4m；基础采用D1500mm 钻孔灌注桩，最大桩长75m。主桥边墩与引桥桥墩一致，采用双柱式花瓶墩，柱顶设置系梁。

图1 主桥立面布置图 （单位：m）

图2 主梁横断面构造图

3.2 悬臂构造设计

大悬臂构造是本桥的特点，悬臂构造设计既是大桥景观呈现成败的关键，也是结构安全设计的重点。

主梁悬臂总长6.5m，端部设置700x250mm 通长纵向板与异形人行栏杆连接；悬臂端部厚200mm，根部1m 范围内设置加腋，加腋起点处悬臂厚500mm，根部厚660mm；纵桥向每隔5m 一道设置混凝土横撑，横撑截面为倒T 型，弧形装饰底板与倒T 型翼缘连接。桥面横向预应力使用Φs15.20 高强度低松弛钢绞线。悬臂支撑平面图见图3。

为平衡横撑在梁高较高时对腹板的集中力，在靠近支点处横撑对应位置，在箱体内设置加劲横肋，增加此处腹板的刚度。

图3 悬臂支撑平面图 （单位：mm）

图4 悬臂构造立面图 （单位：mm）

图5 主桥纵向计算模型

4 结构计算分析

4.1 主桥总体计算

采用桥梁博士V3.3 和Midas Civil 有限元计算软件分别建立主桥平面有限元模型，进行结构整体静力分析。全桥共划分156 个单元，划分46 个施工阶段。总体计算中将悬臂斜撑构造及装饰底板均列为外荷载计算；计算中考虑的主要荷载有：恒载、活载、支点沉降、制动力、温度荷载及混凝土收缩徐变等。主桥计算模型见图5。

施工阶段及正常使用阶段主梁混凝土正应力计算结果见表1。

表1 施工阶段及正常使用阶段主梁混凝土正应力计算结果

主梁承载能力极限状态结构抗力、变形、截面抗剪尺寸、抗剪承载力，均满足规范要求。

4.2 桥面板框架计算

本桥桥面板框架计算使用桥梁博士V3.2 和Midas FEA 程序配合进行。

本桥悬臂长、箱室宽，剪力滞效应影响相对较大。设计中考虑了以下各工况对结构的影响：

（1）结构一、二期恒载；

（2）汽车、人群荷载；

（3）桥面板横向预应力；

（4）桥面梯度温度，箱室内外温差；

（5）混凝土收缩徐变；

（6）跨中断面钢束径向力；

（7）施工荷载（挂篮、施工期间养护条件不一引起腹板与底板不等量收缩等）。

设计选取了跨中、四分点、支点断面，分别对有支撑和无支撑两种情况，进行了6 个断面的平面及实体单元模拟计算。并根据实体单元计算结果，对部分应力集中处进行改善后，计算结果均满足设计规范要求。

5 施工总体方案

主桥上部结构采用挂篮悬臂施工，各节段浇筑时，悬臂及支撑构造与节段同步现浇完成，遇到悬臂底板跨越节段时，在前一节段施工完成后，在悬臂上搭设小挂篮现浇悬臂底板；主桥下部结构采用钢板桩围堰施工。

6 结语

与常规的连续梁桥相比，东太湖大桥通过利用人非车道较小的荷载，将悬臂范围扩大至一般箱梁悬臂长度的1.5～2 倍，并对悬臂下方的空间加以合理利用和装饰，赋予原本较为笨重、呆板的大跨径变截面连续梁桥活力，使结构具有韵律感，在景观效果和桥梁施工工期、施工难度上做到了较好的统一。

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