■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)
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。
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。
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
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
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。
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。
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。
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。
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