预应力砼鱼腹式连续刚构桥设计

【摘 要】 预应力混凝土鱼腹式连续梁桥造型美观、受力合理。对景观要求比较高的城市桥梁中，比较有竞争力，因而在一些城市桥梁中已获得广泛应用。本文以大连市胜利路拓宽改造工程跨解放路立交桥为例，介绍了以鱼腹梁为上部结构的城市连续梁桥的设计。总结了连续刚构、连续梁等结构形式在不同荷载状态下结构应力、变形等的要求。

【关键词】 鱼腹梁 连续梁 连续刚构 曲线梁 椭圆形桥墩

1 工程概况

大连市胜利路拓宽改造工程跨解放路立交桥地处大连市的城市中心，在设计中本着安全、经济、美观及适用的总体原则，在充分考虑了主体结构安全、构造合理、技术先进、经济可行的前提下，着重强调桥梁景观与城市景观的完美结合，而且要以良好的景观效果成为城市建设的一个亮点。因此，桥梁上、下部的结构类型的选择力求简洁，线条流畅，跨径合理搭配，并辅以适当的照明，以达到美观的效果。本工程根据线路的总体要求，主线分为南、北两幅，其中北主线共包括两联桥梁，第一联跨度布置为：28.5 +29.0 + 30.5米；第二联跨度布置为：29.5 +45.5 +30.0 + 27米（钢主梁）。南主线包括三联桥梁，跨度布置如下：28+28+ 26.5、27+34+23+27（钢主梁）、3×23米。主线宽度12.8～17.7米宽，设计为单向三车道（见图1）。

2 技术标准

本项目位于城市主干道上，设计车速为50公里每小时；桥梁平面上位于平曲线上，曲线加宽段和加减速车道重叠，桥面宽度为12.8～17.7米.单幅单向3车道：纵坡≤4%：横坡3%，净空高度≥5.5米；荷载等级为公路-I级，桥梁结构设计基准期100年，桥梁结构设计安全等级为一级；抗震设防基本烈度7度。

3 桥梁主体结构设计

主线预应力混凝土主梁宽度变化范围为12.8～14.83米，梁高为2.06米，梁顶为单向坡，主梁底板横向外形为椭圆形，椭圆曲线的半长轴为5.4m，半短轴2.0m，并在梁底设2～3.5米长的直线段。箱梁顶板厚25cm，底板厚22cm，竖腹板厚45cm，在中支点附近，腹板加厚至60cm，顶板加厚至35cm，底板加厚至32cm。箱梁中横梁宽2.0m，端横梁1.5m，箱梁采用C50砼。主梁在半径较小的曲线段需要桉规范要求加宽，并设置超高设置。根据线路纵断的特点，对于桥墩比较高的位置，将桥梁设计为连续刚构。将墩梁固结，不但可以加强结构的整体性，还可以大大的提高结构的美观效果。箱梁采用单向预应力混凝土结构，纵向预应力采用s15.24高强度低松弛预应力钢绞线，标准强度fpk=1860 MPa（GB/T 5224-2003标准），预应力锚具采用M15-19型和M15-7型，钢束控制张拉应力取用盯。=0.73 fpk，预应力管道采用塑料波纹管，真空压浆（见图2）。

为了突出桥梁结构的整体美观效果，下部结构形式设计为椭圆形截面，使之与主梁的椭圆形截面协调一致。主线桥墩采用椭圆形独柱墩，桥墩截面椭圆尺寸分为四种情况：①主线墩梁固结墩截面的长轴2.7m，短轴1.9m；②非固结墩截面长轴3.2m，短轴2.2m；③匝道交接墩长轴2.05m，短轴1.6m；④匝道墩梁固结桥墩长轴2.05米，短轴1.4米。椭圆桥墩墩顶3m范围横向逐渐放大，以便于和主梁衔接或便于安放支座。工程所在位置的地质条件较好，可以采用挖孔灌注桩。主线桩基础为单根直径3.0m挖孔灌注桩。墩桩之间设置圆形承台，承台高度为2.0米，承台直径为4.5米。匝道桩基础采用直径2.5米挖孔灌注桩。桩的施工方式桥台为一字桥台，基础采用两根挖孔灌注桩，桥台后设置搭板。

4 结构计算

本文以北线第二联预应力混凝土连续刚构结构为例介绍桥梁的主要计算内容。本桥所有曲线梁有限元模型均采用空间杆系单元进行模拟，用有限元程序MIDAS建模计算，采用SAP2000软件进行校核。为使计算模型更接近实际结构，单元离散度较密。墩梁固结与支座采用弹性连接模拟。

4.1 正常使用极限状态应力验算

经计算，主桥混凝土正截面最大拉应力、斜截面主拉应力均满足规范要求；斜截面混凝土最大拉应力0.78 MPa

4.2 承载能力极限状态验算

经计算，主桥正截面抗弯强度和斜截面抗剪强度均满足规范要求。

4.3 桥墩承载能力极限状态验算

参考圆截面钢筋混凝土柱单向偏心时的承载力计算公式的推导过程，可以对椭圆形截面承载力计算公式进行推导。得到：

本工程桥墩承载能力极限状态计算由地震控制。经验算满足规范要求。进过对连续梁和连续刚构抗震能力的对比，对于本桥纵向抗震计算，连续刚构受力优于连续梁结构。

5 结语

近年来，城市桥梁结构设计，越来越强调桥梁的景观设计。桥梁上部采用鱼腹式断面，结构轻盈美观，下部桥墩采用椭圆形截面墩，与箱梁上下呼应。对桥梁景观设计作出了一些探索，也为今后鱼腹梁的设计提供了经验。在桥梁结构计算方面，在连续梁的基础上对于墩高比较高的桥梁采用连续刚构结构，提高了结构的整体刚度。经过实际计算对比，对于本桥采用连续刚构结构能够提高结构的抗震性能。但采用此类断面，施工难度增加，模板制作费用较高，适合在一些发达地区、景观要求较高的地方使用。

参考文献

[1] 项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京：人民交通出版社，2001

[2] 吴刚，李宏祥.蓟运河桥纵横向变截面鱼腹梁设计.天津：城市道桥与防洪，2011

[3] 常文洁， 城市独柱墩桥梁结构受力分析[D]，大连：大连理工大学硕士学位论文，2009