塘前路拱形连续刚构桥总体设计

方卫国，夏 至，朱纯海，施霄飞

(江苏中设集团股份有限公司 无锡市 214072)

1 工程概况

塘前路桥位于江阴市澄江街道，起点位于通江南路，终点位于环城西路，跨越锡澄运河，位于杏春桥南侧，塘前路桥工程全长约456.896m，道路等级为城市次干路，道路红线宽度为33m。

本项目的实施进一步拉大城市框架，优化城市空间布局，提高城市空间利用效率，突出城市地域特色，推进江阴锡澄运河区域由交通枢纽城市向有实力、有活力、有竞争力区域性中心城市转变。

2 桥梁总体方案构思

桥梁设计以功能性为主，注重性价比，充分考虑工程造价和后期维护成本，造型风格遵循适用、经济、美观、绿色的总体原则。城市景观桥梁应充分挖掘地域历史文化内涵，体现桥梁的时代性、艺术性和力学美。

塘前路桥地处江阴历史风貌景观区，作为江阴城市名片的重要节点，其设计定位从以下两方面考虑：

(1)景观定位：历史沉淀、人文底蕴。

(2)功能性定位：按规划要点要求无缝对接区域道路，满足防洪要求，考虑桥下预留通道的需求。

2.1 设计控制条件

(1)与规划道路交叉口衔接，规划路网标高控制。西侧与通江路交叉口控制标高5.4m，东侧与环城西路交叉口控制标高4.2m，锡澄运河至通江路交叉口距离约180m，至环城西路交叉口距离约120m。

(2)锡澄运河河口规划宽度62m，规划为旅游航道，参考限制性Ⅶ级航道通航标准，常水位标高为1.971m，净高要求不小于3.5m，净宽要求不小于18m。

(3)预留桥底通道—运河公园绿道，同时公园绿道可兼做防汛通道。运河公园绿道净宽按5m设计，净高按2.5m控制。

(4)桥梁纵断面、横断面布置需满足行人及非机动车上下桥的需求，纵坡不大于2.5%。

2.2 总体布置

本着满足行洪要求，充分考虑该处设计控制条件，并结合桥梁景观效果及与两端交叉口的衔接，桥梁跨径按(35+50+35)m布置。

桥梁范围内纵断面由i=2.35%和i=-2.11%的两段纵坡相接，i=2.35%坡长189m，i=-2.11%坡长267.896m，竖曲线类型为凸型竖曲线(图2)。

2.3 方案构思

锡澄运河的历史源远流长，桥梁的景观设计也需要融入运河的文化元素，以形成真正的桥梁与周边环境的融合。锡澄运河船来船往，交通繁忙。其中，古代运河船身具有一定的造型特点，综合考虑中国古代船身元素，构思了以“古船河韵”为主题的桥梁方案，以呼应源远的中国古典文化，以及璀璨的运河文化。

“古船”的弧形船身造型运用于桥梁造型设计当中，可获得张力感极强的桥梁方案，最大程度地取得桥梁与江阴水乡地区的人文与环境景观协调。

根据方案的景观构思，结合桥位处现场设计控制条件，本桥采用钢结构或钢-混凝土混合梁设计更能凸显结构景观造型，但由于本项目限额设计要求的造价控制，设计最终选定预应力混凝土拱形连续刚构桥方案。

3 结构设计

拱形连续梁桥是一种带V形支撑的连续梁桥,具有结构新颖、受力合理、造价经济等特点。拱形连续梁，其本质是属于连续梁体系，它是借鉴拱桥的造型，通过将变截面连续梁的根部厚度进行加高，再通过调整梁底线形，使梁底面形成一个拱形结构，其受力特性与V形支撑连续梁一致，梁底面曲线可以是悬链线、抛物线，小跨结构还可以设计为圆曲线。

本项目桥梁结构方案采用(35+50+35)m的预应力混凝土拱形连续刚构桥。梁底面曲线采用圆曲线，拱形连续刚构的矢跨比为1/9.4。

桥梁标准横断面为3.0m(人行道)+4.0m(非机动车道)+2.0m(侧分带)+15.0m(机动车道)+2.0m(侧分带)+4.0m(非机动车道)+3.0m(人行道)=33m。见图6。

3.1 上部结构设计

为满足桥梁景观造型效果，主梁采用倒梯形断面(船型断面)，单箱三室结构，跨中梁高180cm，主墩处承台顶面至梁顶高760cm，主梁梁底采用圆曲线。主梁边腹板斜率随梁高变化，边腹板表面为空间曲面，考虑空间曲面结构受力复杂，适当加厚边腹板尺寸，边腹板厚度取35cm。中腹板厚度55～90cm，顶底板厚度28cm，单幅箱梁顶板宽度1650cm，箱梁及V腿底宽取600cm。

主墩墩顶梁高180cm，腹板厚度55～75cm，顶底板厚度28cm，箱梁顶板宽度1650cm，箱梁底宽取1405.6cm，边腹板斜率不变。

V腿采用实心梯形断面，V腿与主墩交界处断面高约150cm，与主梁交界处断面高约180cm，V腿高度随主梁梁底曲线变化。见图10。

主梁纵向预应力采用12～15Φs15.2规格的钢绞线束。桥面板采用3Φs15.2规格的钢绞线束。由于本桥矢跨比较小，V腿配置15Φs15.2规格的钢绞线束，以改善V腿应力状态。

上部结构混凝土用量指标1.24m3/m2,预应力钢束用量指标51kg/m2，普通钢筋用量指标228kg/m2。

3.2 下部结构设计

V腿下横梁采用梯形断面(船型墩)，梯形断面顶宽100cm，作为预留平台可供设置造型雕塑，梯形断面底宽500cm，高240cm；V腿下横梁横桥向宽1000cm。为保证桥梁景观效果，V腿下横梁底面设置在常水位下方10cm左右。

鉴于本桥采用刚构体系，承台采用高桩承台，以减小基础刚度，降低结构温度应力。为减小阻水面积，承台设计为圆端形。承台平面尺寸为11×7.3m，承台厚为2.5m。主墩基础采用双排钻孔灌注桩基础，桩径为1.5m。

桥台采用薄壁式桥台，基础为双排钻孔灌注桩基础，桩径为1.2m。

3.3 结构计算分析

3.3.1总体结构计算分析

总体纵向计算采用空间杆系结构验算，根据桥梁施工流程划分计算阶段。并按A类预应力构件对主梁在施工阶段、使用阶段进行抗裂、应力、承载能力验算。

结构分析采用桥梁空间有限元计算程序Midas Civil，结构采用空间梁单元模拟，上部结构72单元，斜腿24单元，承台6单元，桩基240单元。

计算模型及边界条件如图13。

结构主要计算结果如图14。

频遇效应组合作用下，结构正截面最大拉应力为0.4MPa<0.7ftk=1.855MPa；最大主拉应力为0.8MPa<0.5ftk=1.325MPa。准永久效应组合作用下，主梁不出现拉应力，主梁抗裂验算满足规范要求。

由图15和图16可知，承载能力极限状态下主梁的正截面抗弯强度和斜截面抗剪强度均满足规范要求。

3.3.2横向框架模型计算分析

横向框架模型取1m节段计算，结构采用梁单元模拟，模型共96个单元。

桥面板最大拉应力为0.74MPa<0.7ftk=1.855MPa；桥面板最大主拉应力为0.13MPa<0.5ftk=1.325MPa，桥面板抗裂验算满足规范要求。桥面板最大压应力为10.7MPa<0.5fck=16.2MPa，桥面板持久状况下混凝土的应力验算满足要求。由图19可知，桥面板承载能力极限状态验算满足规范要求。

根据横向框架计算模型分析结果，进行边腹板的截面验算和裂缝验算，如表1和表2所示，计算结果表明边腹板的截面验算均满足规范要求。

表1 边腹板承载能力验算

表2 边腹板裂缝验算

4 施工方案

上部结构采用支架分块现浇施工方案。拱形连续刚构桥为多次超静定结构，不宜一次性整体浇注。由于本桥为规划旅游航道，具备满堂支架施工条件，通过节段分块浇注，可以减小由于收缩徐变引起的次内力，从而改善结构受力状态。

5 结语

塘前路桥选用拱形连续刚构桥作为城市文化的载体，同时上部结构断面创新性的采用船型断面，在国内同类桥梁中尚属首次。通过精心构思和设计，将其塑造成为一座地标性建筑，充分反映区域经济发展和历史文化底蕴。

系统梳理了塘前路桥的总体方案设计构思和结构设计特色，希望能为城市景观桥梁设计提供有益的思路，同时也为今后类似桥梁的设计提供一定的借鉴。