晋城市文博路60+100+100+60m刚构-连续桥的设计

李 杰 黄 波

（中国市政工程西北设计研究院有限公司 成都分公司 610031）

1 工程概况

根据《晋城市城市总体规划（2008-2020年）》，文博路位于主城区，是晋城规划路网区域骨架“二环、四射、六横、七纵”的七纵之一，是城市的主干道；同时市级主要文化设施相对集中布局在主城区文博路一线，形成市级文化中心。文博路两侧的绿化和水库规划定位为城市公园。

本桥位于山西省晋城市文博路，起于北环路，止于迎宾路，全长5205米，道路红线规划宽度60米。文博路北段位于晋城市主城区东北部，是城市总体规划中确定的六横七纵路网中的一条南北向交通性主干道。该道路上跨花园头水库，需设桥梁一座，由于考虑到城市的景观要求，桥梁在设计时应综合考虑美观性。

2 工程设计标准

道路等级：城市主干道。设计速度：40km/h。设计年限：桥梁设计基准期100年；主体结构设计使用年限100年。安全等级：一级。设计荷载：桥梁：城-A级，人群荷载：4.0kN/m2。桥梁横坡：车行道双向1.5%，人行道单向2%。抗震：基本烈度6度，地震动峰值加速度0.05g，抗震设防分类：丙类，抗震设防烈度7度。桥梁全宽54米，引桥分为左、中、右三幅桥，横断面布置：3米人行道+6米非机动车道+3.5米机非隔离带+14.5米快车道+14.5米快车道+3.5米机非隔离带+6米非机动车道+3米人行道=54米。环境类别：主体结构I类环境；地下结构II类环境。设计水位：花园头水库蓄水位：712.07m。

3 总体设计

本次设计桥梁起止点里程：K0+244.93～K0+575.07，桥梁全长330.14m，跨径布置为60+2×100+60m＝320m，桥梁全宽54m，分左、中、右三幅桥，横断面布置为3.0m（人行道）+6m（慢车道）+3.5m（机非隔离带）+14m（快车道）+0.5m（防撞栏杆）+14m（快车道）+3.5m（机非隔离带）+6m（慢车道）+3.0m（人行道），左、右幅桥宽度均为12m，中幅主桥宽29.96m，与左、右幅桥之间设置2cm变形缝。

图1 桥梁总体布置图（单位：cm）

4 结构设计

4.1 上部结构

箱梁中支点梁高7.2m，端支点及跨中梁高2.5m，箱梁底板曲线为二次抛物线过渡，中跨、边跨合拢段长2.0m，边跨现浇段长8.88m。中幅梁体采用单箱三室结构，顶宽29.96m，底宽23.96m，悬臂长3m。左、右幅梁体采用单箱单室结构，顶宽12m，底宽6m，悬臂长3m，悬臂根部厚度0.6m，端部厚度0.2m。桥面横坡通过梁顶面形成，底板水平。需注意梁体高度均指梁体中心高度。

箱梁0号块为8m，悬臂浇筑段分为13个块，节段划分为：5x3m+4x3.5m+4x4m。两侧支架现浇段8.88m，中跨、边跨合拢段均为2m。

箱梁上部结构采用三向预应力，按全预应力混凝土构件设计。箱梁纵向钢束分为顶板束、底板束、腹板束以及备用束，采用大吨位群锚体系，钢绞线采用φS15.24高强度低松弛钢绞线，抗拉强度标准值为1860MPa，弹性模量为Ep=1.95×105MPa。

箱梁顶板横向预应力钢束采用 BM15-3 扁锚体系，钢绞线采用φS15.24高强度低松弛钢绞线，抗拉强度标准值为1860MPa，弹性模量为Ep=1.95×105MPa。左、右两幅桥采用单端张拉，中幅桥采用两端张拉。横向预应力筋顺桥向间距平均0.5m。

竖向预应力采用精轧螺纹钢筋，轧丝锚具，顶端张拉锚在顶板顶面。竖向预应力筋顺桥向间距平均50cm，支点附近横向加密。

4.2 下部结构

下部结构桥墩采用钢筋混凝土薄壁空心墩接承台群桩基础，桥墩横桥向宽分别为6米、23.96米和6米，顺桥向宽2.5米。承台厚3.5m，桩基础直径1.8m，按摩擦桩设计。

下部结构桥台均采用重力式U型桥台接承台群桩基础。承台厚2.5m，桩基础直径1.8m，按摩擦桩设计。

4.3 施工流程

上部结构梁体采用悬臂浇筑施工，0＃块长8m，两侧悬臂共13个节段，分段长度3m～4m。

施工程序依次如下：①场地平整，桥区地基处理，筑岛围堰；②施工桩基础和承台结构；③施工桥墩结构；④在主墩上安装墩旁托架，然后在墩顶及托架上立模现浇0、1号块；⑤安装挂蓝，分段现浇箱梁节段，形成T构；⑥两个边墩墩梁均临时固接，形成3个“T”构，采用挂篮悬臂浇筑施工，同时在两个边跨箱梁段用支架现浇施工；⑦合拢60m边跨，形成2个单悬臂体系，边孔在支架上合拢；⑧合拢2个中跨，完成全桥合拢；⑨最后施工桥面系和引道施工。

5 结构计算

5.1 计算理论和计算方法

构件纵向计算采用大型有限元软件Midas Civil 2012，按全预应力构件进行计算。

（1）整体结构分析模型采用空间杆系有限元模型进行计算，所有构件均以梁单元进行模拟，各部位边界条件根据结构的实际情况进行模拟。中幅桥和左、右幅桥均划分为209个节点和184个单元；

图2 全桥计算模型

（2）根据具体施工过程，划分合理的施工阶段；

（3）根据相关规范，对各项恒、活荷载进行组合，计算出单元在施工阶段和使用阶段下最不利的应力、内力和位移值，并验算构件是否满足规范要求。

5.2 荷载

梁体计算考虑的荷载包括：一期恒载、二期恒载、移动荷载、预应力效应、混凝土收缩徐变、支座不均匀沉降、非线性温度效应和整体升降温等。

一期恒载：预应力钢筋混凝土的容重取26kN/m3，单元自重由程序自动计算；横隔梁荷载以节点集中荷载加入。二期恒载：沥青混凝土铺装的容重取24kN/m3，钢筋混凝土铺装的容重取25kN/m3；栏杆及人行道系荷载按实际取值，在最后施工阶段以永久荷载的形式加载。收缩、徐变：按成桥后3650天完成计算。温度：非线性温度效应按规范加载；整体升降温按整体升温20℃，整体降温-20℃考虑。支座沉降：支座不均匀沉降按10mm计。汽车活载：城-A级，按最大双向8车道加载并自动计算折减；人群荷载：4kpa。结构重要性系数：1.1。荷载组合：根据规范自动计入并进行结构验算。锚具回缩变形值：两端张拉12mm。

5.3 纵桥向计算结果（仅示意中幅）

由于结构关于中墩对称，计算结果仅示意一半。如图3～4所示，正常使用极限状态下，主梁各单元正截面抗裂均为压应力，满足规范要求；斜截面抗裂最大拉应力为0.71MPa，满足规范要求。

图3 正截面抗裂验算结果图形

图4 斜截面抗裂验算结果图形

如图5～6所示，在正常使用极限状态下，主梁各单元混凝土正截面法向压应力最大为16.21MPa，满足规范要求；混凝土斜截面主压应力最大为12.2MPa，满足规范要求。

图5 正截面混凝土法向压应力验算结果图形

图6 斜截面混凝土的主压应力验算结果图形

6 结构设计要点

6.1 刚构-连续体系的选取

本桥跨越花园头水库，桥下净空较小，3个桥墩高度均不大，最高桥墩仅11m，若桥墩均采用墩梁固接，则温度力、混凝土收缩徐变产生的次内力较大，结构受力较为不利。根据刚构-连续桥梁受力原理，采用刚构-连续体系，将2号墩固接，1号墩和3号墩放置支座。

由于悬臂施工过程中3个桥墩均需墩梁固接，故将1、3号墩进行临时固接，墩梁结合处采用硫磺砂浆混凝土浇筑，共两层硫磺砂浆，每层砂浆内预埋电阻丝。待1、3号墩相邻边跨合拢后，拆除临时固接，先放松0#块箱梁顶临时锚固粗钢筋，通电熔化硫磺砂浆，以达到解除临时固接的目的。

6.2 合理的合拢顺序设计

本桥有2个边跨和2个中跨共计4个合拢段，通过对比计算，采用先合拢边跨，并拆除边跨桥墩临时固接，再合拢中跨的顺序，对结构受力更为有利。

7 结束语

（1）当桥墩较矮时，若桥墩全固接，温度力、混凝土收缩徐变产生的次内力大，结构受力不利，此时可对结构体系进行优化，仅固接一个桥墩，采用刚构-连续体系，可大大减少由此产生的次内力。

（2）通过合拢段合拢顺序的选择，可优化结构受力。

（3）本桥于2013年年底开工建设，2015年年底建成通车。经过2年多的运营，桥梁结构状况良好，达到设计的要求。