蘇州市東太湖大橋主橋設(shè)計方案

■張 恒 王天翔

（中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，武漢 430010）

1 工程概況

東太湖大橋為江蘇省蘇州市吳江區(qū)鱸鄉(xiāng)路新建工程，橋位跨越東太湖，定位為城市景觀橋。大橋的主要功能是承接城市南北向交通樞紐，溝通區(qū)域相關(guān)路網(wǎng)，緩解同向道路的交通壓力；同時，大橋整體造型需體現(xiàn)橋位地區(qū)文化特點，與太湖環(huán)境和諧統(tǒng)一。

主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：（1）道路等級為雙向6 車道，城市主干路；（2）計算行車速度為50km/h；（3）荷載等級：城-A 級；（4）抗震標(biāo)準(zhǔn)：地震基本烈度6 度。

2 結(jié)構(gòu)型式的確定

太湖是全國五大淡水湖之一，為江蘇省最大湖泊，古稱震澤，又名笠澤。太湖流域是長江三角洲的重要水源地，是國家重點保護水域。因此，大橋結(jié)構(gòu)型式的選擇不僅要考慮景觀，還必須采用成熟、快捷的施工技術(shù)，從而盡量減少工期，減少對太湖水環(huán)境的影響。

若采用斜拉橋、拱橋等結(jié)構(gòu)形式，由于水中施工難度較大，工期較長，對水環(huán)境的影響相對較大，不是結(jié)構(gòu)型式的最優(yōu)選擇。連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式是江蘇地區(qū)應(yīng)用最為廣泛，施工技術(shù)最為成熟的橋型，但普通連續(xù)梁的結(jié)構(gòu)高度大，造型相對呆板，不能滿足城市景觀橋的要求。

通過連續(xù)梁結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，采用大懸臂展翅梁橋的設(shè)計概念，將荷載較小的非機動車道及人行道置于結(jié)構(gòu)懸臂上；懸臂下方進行裝飾設(shè)計，再輔以相應(yīng)的燈光效果，則既能滿足施工快捷的需要，也能有很好的景觀效果。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

3.1 主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計

主橋上部結(jié)構(gòu)采用三跨大懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，全長250m，跨徑布置為（70+110+70)m。單幅橋梁采用單箱三室截面，中支點梁高6.8 m(L/16.18，L 為中跨跨徑)，邊支點梁高2.6m，中跨跨中梁高2.8m(L/39.29)，箱梁底板呈拋物線變化，箱梁標(biāo)準(zhǔn)段頂寬35.0m，底寬13.05～19.4m，外側(cè)挑臂長6.5m，腹板厚0.5m～1.0m，頂板厚0.28m，底板厚0.28～0.80m。墩頂設(shè)置橫梁，中橫梁寬2.8m、端橫梁寬為1.8m。全橋共設(shè)置一個主跨合龍段和二個邊跨合龍段。0 號段長度為13m；節(jié)段長度為3m～4.5m，懸臂澆筑最大節(jié)段重量約350t。主橋立面圖詳見圖1，主梁橫段面構(gòu)造圖見圖2。

由于橋梁寬度較大，主墩支點荷載較大，其下部結(jié)構(gòu)規(guī)模也較大；主橋位于東太湖泄洪槽，應(yīng)盡量減少橋梁下部結(jié)構(gòu)對泄洪過水?dāng)嗝娴淖韪?，因此，主橋主墩采用帶二級承臺的雙柱橋墩，墩柱邊緣為弧形，減少對水流的影響；承臺采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚4m；基礎(chǔ)采用D1500mm 鉆孔灌注樁，最大樁長75m。主橋邊墩與引橋橋墩一致，采用雙柱式花瓶墩，柱頂設(shè)置系梁。

圖1 主橋立面布置圖 （單位：m）

圖2 主梁橫斷面構(gòu)造圖

3.2 懸臂構(gòu)造設(shè)計

大懸臂構(gòu)造是本橋的特點，懸臂構(gòu)造設(shè)計既是大橋景觀呈現(xiàn)成敗的關(guān)鍵，也是結(jié)構(gòu)安全設(shè)計的重點。

主梁懸臂總長6.5m，端部設(shè)置700x250mm 通長縱向板與異形人行欄桿連接；懸臂端部厚200mm，根部1m 范圍內(nèi)設(shè)置加腋，加腋起點處懸臂厚500mm，根部厚660mm；縱橋向每隔5m 一道設(shè)置混凝土橫撐，橫撐截面為倒T 型，弧形裝飾底板與倒T 型翼緣連接。橋面橫向預(yù)應(yīng)力使用Φs15.20 高強度低松弛鋼絞線。懸臂支撐平面圖見圖3。

為平衡橫撐在梁高較高時對腹板的集中力，在靠近支點處橫撐對應(yīng)位置，在箱體內(nèi)設(shè)置加勁橫肋，增加此處腹板的剛度。

圖3 懸臂支撐平面圖 （單位：mm）

圖4 懸臂構(gòu)造立面圖 （單位：mm）

圖5 主橋縱向計算模型

4 結(jié)構(gòu)計算分析

4.1 主橋總體計算

采用橋梁博士V3.3 和Midas Civil 有限元計算軟件分別建立主橋平面有限元模型，進行結(jié)構(gòu)整體靜力分析。全橋共劃分156 個單元，劃分46 個施工階段。總體計算中將懸臂斜撐構(gòu)造及裝飾底板均列為外荷載計算；計算中考慮的主要荷載有：恒載、活載、支點沉降、制動力、溫度荷載及混凝土收縮徐變等。主橋計算模型見圖5。

施工階段及正常使用階段主梁混凝土正應(yīng)力計算結(jié)果見表1。

表1 施工階段及正常使用階段主梁混凝土正應(yīng)力計算結(jié)果

主梁承載能力極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)抗力、變形、截面抗剪尺寸、抗剪承載力，均滿足規(guī)范要求。

4.2 橋面板框架計算

本橋橋面板框架計算使用橋梁博士V3.2 和Midas FEA 程序配合進行。

本橋懸臂長、箱室寬，剪力滯效應(yīng)影響相對較大。設(shè)計中考慮了以下各工況對結(jié)構(gòu)的影響：

（1）結(jié)構(gòu)一、二期恒載；

（2）汽車、人群荷載；

（3）橋面板橫向預(yù)應(yīng)力；

（4）橋面梯度溫度，箱室內(nèi)外溫差；

（5）混凝土收縮徐變；

（6）跨中斷面鋼束徑向力；

（7）施工荷載（掛籃、施工期間養(yǎng)護條件不一引起腹板與底板不等量收縮等）。

設(shè)計選取了跨中、四分點、支點斷面，分別對有支撐和無支撐兩種情況，進行了6 個斷面的平面及實體單元模擬計算。并根據(jù)實體單元計算結(jié)果，對部分應(yīng)力集中處進行改善后，計算結(jié)果均滿足設(shè)計規(guī)范要求。

5 施工總體方案

主橋上部結(jié)構(gòu)采用掛籃懸臂施工，各節(jié)段澆筑時，懸臂及支撐構(gòu)造與節(jié)段同步現(xiàn)澆完成，遇到懸臂底板跨越節(jié)段時，在前一節(jié)段施工完成后，在懸臂上搭設(shè)小掛籃現(xiàn)澆懸臂底板；主橋下部結(jié)構(gòu)采用鋼板樁圍堰施工。

6 結(jié)語

與常規(guī)的連續(xù)梁橋相比，東太湖大橋通過利用人非車道較小的荷載，將懸臂范圍擴大至一般箱梁懸臂長度的1.5～2 倍，并對懸臂下方的空間加以合理利用和裝飾，賦予原本較為笨重、呆板的大跨徑變截面連續(xù)梁橋活力，使結(jié)構(gòu)具有韻律感，在景觀效果和橋梁施工工期、施工難度上做到了較好的統(tǒng)一。

[1]E C 漢勃利;郭文輝;錢祖輝；橋梁上部構(gòu)造性能.

[2]蘇磊.展翅梁多腹板寬箱梁橋設(shè)計的探討[期刊論文]-中國科技信息,2007(21).

[3]JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范.

[4]CJJ11-2011,城市橋梁設(shè)計規(guī)范.