海华大桥方案设计

摘要：结合海华大桥的实际建桥条件,分别从部分斜拉桥、斜拉桥、独塔斜拉桥、拱桥四个桥型方案中进行比选,最终推荐海华大桥采用部分斜拉桥方案。

关键词：部分斜拉桥；斜拉桥；独塔斜拉桥；拱桥；方案比选

Abstract: Combined with the the Haihua Bridge construction conditions, From the partially cable-stayed bridge, cable-stayed bridge ,single-tower cable-stayed bridge, arch four bridge-type program makes the selection, The final recommendation Haihua Bridge partially cable-stayed bridge program.

Keywords: partially cable-stayed bridge;cable-stayed bridge;single-tower cable-stayed bridge;arch;scheme comparison

中图分类号：K928.78文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

1海华大桥的定位

海华大桥位于佛山市顺德区和广州市番禺区，跨越陈村水道，连接广、佛两地，路线大致呈南北走向，大桥南侧引道起点与顺德区在建道路佛陈路东延线的终点相接，往北跨越陈村水道之后终止于番禺区钟村镇韦涌村，全长约1.53km，大桥处于顺德东西向中轴线上，临近广州新火车站，伫立于顺德东门户，可作为城市标志性建筑物。

2桥梁孔跨布置

在桥位明确后，桥梁的跨度为整个设计方案的根本考虑点，海华大桥跨度的确定基于以下几个方面考虑：

（1）陈村水道北起南海木棉，流经顺德陈村，止于番禺紫坭附近的豪滘，全长约22Km，在流经本项目线位相交处河面宽度约100m，是珠江水系的一部分。陈村水道在2004年起经整治后通航能力提升为1000吨级。根据工可报告，通航尺度BxH=110x10m。

（2）通航尺度为110x10m，则限制海华大桥在水道设置桥墩,同时根据河堤与陈村水道的关系,则主墩无法在河堤内侧设置桥墩；结合水利上的要求、主墩承台的尺寸,则海华大桥主跨不宜小于175m。

3桥型方案的案综合论述

3.1方案一：(105+180+105)m部分斜拉桥

图1方案一效果图图2方案二效果图

3.1.1桥孔布置特点

主桥为(105+180+105)m部分斜拉桥，边中跨比值为0.583,三跨双塔四索面预应力混凝土梁部分斜拉桥，全长390m。考虑到桥梁横断面较宽，主梁采用完全分离的两个变高度预应力混凝土梁，主塔采用三塔柱钢筋混凝土塔，斜拉索锚固在主梁两侧。

3.1.2主梁设计

桥梁横断面较宽，单幅引桥宽度19.5m，主桥受锚索区影响,单幅桥桥梁宽度21.25m,主梁根部梁高550cm，H根/L＝1/32.7，通过二次抛物线过渡到跨中250cm, H中/L＝1/72，抛物线方程为H=0.00040562x2+2.5m。主梁断面形式如下图

图3 方案一主梁断面形式

3.1.3主塔设计

在方案设计的基础上，确定以下三种塔型进行比较：钢筋混凝土三立柱“Ⅲ”型塔、钢筋混凝土三立柱“门”型塔。

（1）从主塔造形看，结合建成的部分斜拉桥的主塔，在相对较矮的主塔设置横向联系，景观效果不如不设置主塔横向联系“Ⅲ”型塔一的塔柱高度适中，塔型富于变化，刚柔并济，造型更为美观、简洁,相对来说，“门”型塔景观效果欠佳。

（2）主塔间接2075cm，横向联系采用150x400cm线刚度较柔，增强塔间整体受力效果

不大；塔柱自由端大约29m，也没必要设置横向联系构件。

（3）比较后推荐采用钢筋混凝土三立柱“门”型塔，部分斜拉桥的斜拉索在索塔处布置为通过索，采用分丝管抗滑锚形式的索鞍，塔柱的纵向尺寸应同时满足索鞍座的构造要求和受力需要，中塔柱采用4.0m(纵向)×2.5 m(横向);边塔柱4.0m(纵向)×2.1 m(横向)。

3.1.4斜拉索设计

（1）斜拉索概述

平行钢丝斜拉索采用φ7镀锌高强钢丝，抗拉强度标准值为1670Mpa。斜拉索梁上间距为8m,塔上间距为1.2m,布置在主塔两侧,塔根部无索区长为25m;跨中无索区长度为 26m。

（2）斜拉索在塔梁上锚固方式

斜拉索为四索面，布置在每片主梁的两侧上。在主梁上采用可换式群锚体系，锚固于边腹板与悬臂交接的梗斜位置。在索塔处布置为通过索，在塔柱内设置斜拉索分丝管结构型式的转向鞍座，使得塔柱两侧拉索在塔柱上为跨骑连续拉索，在索鞍的斜拉索出口处设抗滑锚装置，内灌环氧砂浆

3.1.5主桥结构计算

（1）计算模型的建立

箱梁采用C60混凝土，索塔和桥墩采用C50混凝土；一期恒载包括主梁、塔、墩、索等材料重量；塔及混凝土主梁容重26kN/m3，梁、塔按实际断面计取重量；斜拉索按所需钢绞线重78.5kN/m3计；二期恒载合计80kN/m；活载-公路Ⅰ级，计算行车道宽度16m，人行荷载3.5KN/m2。结构的计算模型主要由以下几个部分组成：主梁、塔、斜拉索以及桥墩。主梁、索塔及桥墩均采用空间梁单元，斜拉索采用桁架单元模拟。计算模型如下图所示：

图4 桥梁计算模型图

(2）主要计算结论

索塔满足营运阶段受力要求；主梁及钢束满足营运阶段的受力要求，设计的斜拉索满足运营阶段的受力要求；在E2地震作用下,结构仍处于弹性阶段。

图5混凝土主梁短期效应组合下缘应力包络

图6混凝土主梁持久状况下缘应力包络

图7混凝土主梁持久状况上缘应力包络

图8混凝土主梁短期效应组合主拉应力包络

3.2方案二：(90+180+90)m双塔斜拉桥

3.2.1桥孔布置特点

主桥为(90+180+90)m双塔斜拉桥，边中跨比值为0.5,三跨双塔四索面预应力混凝土梁斜拉桥，全长360m。三跨常规斜拉桥为了提高桥梁整体刚度，改善结构受力状况，边中跨比一般为0.35～0.5之间，但本桥跨度不大，边中跨比取0.5，对结构受力影响不大，但此比例使桥梁更加舒展，桥梁景观效果更好。

3.2.2主梁设计

中跨主纵梁高度2.5m，宽度2.0m，它是承受拉索加劲的主要构件；辅纵梁高度为1.75m，宽度0.5m，辅纵梁在纵向提高了面板参与受力的面积，同时为挂篮的主横梁设计提供便利。边跨锚跨范围逐步形成分箱的格局。在桥塔区分箱格局渐变成21.95m宽。

3.2.3主塔及基础设计

考虑到本方案主塔较高，采用钢筋混凝土三立柱“H”型塔，塔柱纵向采用4.0m~6.0m，中塔柱横向3.5 m(横向)，横系梁尺寸3.0x3.0m，边塔柱横向3.0m，桥面上塔高51m，桥面以下塔高17m。边塔柱基础采用6D250cm，中塔柱基础采用6D280cm，承台厚度4.5m。

3.2.4斜拉索设计

斜拉索空间扇形索面布置，主塔两侧各分布14对，全桥共112对224根，采用平行高强钢丝斜拉索，冷铸镦头锚体系。斜拉索梁上间距为6m,塔上间距为1.2m。斜拉索为四索面，斜拉索在主梁上采用可换式群锚体系，锚固于边腹板与悬臂交接的梗斜位置。

3.3方案三：( 180+80+35)m独塔斜拉桥

图9 方案三效果图 图10 方案四效果图

3.3.1桥孔布置特点

主桥为(180+80+35)m独塔斜拉桥，主跨180m，边跨115（80+35）m，边中比0.639，辅墩设置在辅跨的1/3跨附近以增强桥梁稳定性和施工便利性，主桥全长395m。

3.3.2主梁设计

常规斜拉桥主梁中，主梁主要为多支点弹性连续梁，较柔，主要受力构件为主塔和拉索，本方案主梁与方案二大致类似，不再赘述。

3.3.3主塔及基础

主塔为空心砼结构，整体高度97m，桥面以上高度为80m，由于主梁高程较低，因此不便于将下塔柱收敛进来，主塔为近似为H型造型，由于横桥向桥塔宽度较小，上塔柱设二根横梁，横梁高度3.5m，位置选择塔索始终点附近，主塔柱纵桥向宽度：上塔柱6 m，下塔柱到承台位置从6.5m变化到8.0m；横桥向宽度：4.0m。

3.3.4斜拉索

采用四索面砼预应力独塔斜拉桥，其中左右索面均形成一个垂面，两垂面之间的横桥向水平距离为21.75m，斜拉索拟采用半扭角平行钢丝成品索，全桥斜拉索共计160根，可以模数化为6中规格。斜拉索在塔上基本索距1.2m；在梁上为8.0（4.0）m。拉索抗拉强度标准值1770Mpa，为双层PE防护。

3.3.5辅墩的设计

设置辅墩之后，将有以下明显变化：

① 增加体系竖向刚度，减少主塔、主墩的受力。

② 辅墩的设置使“尾索”这个概念逐步淡化或消失：传统斜拉桥的尾索（或称背索）一般要求强大，而且要正对着边墩的中心线位置以利于起到锚固的作用，有时它会被分散成几股并靠拢，设计关心此拉索的应力幅等等。而这一系列设计准则，被辅墩的设立而取代了。同时，在立面上约0.8倍左右主孔长度作为边孔跨径的惯例，实质上在设定辅墩后，已变得更为自由，故为节省投资，边跨采用0.639倍的主跨，这使得我们在立面上尽量舒展的美学要求得以实现。

③ 辅墩的设立提前结束主梁悬拼施工中的双悬臂阶段，故对大桥施工期的抗风有利。

④ 辅墩内设锚索，以形成双向受力状态。

⑤ 除此之外，辅墩的设置也有利于优化结构恒载内力，同时，如果采用边主跨不同的梁上索距，而辅墩的设置也为今后结构成桥后的运营提供积极的帮助。故本方案设置辅墩。

3.4方案四：(50+180+50)m中承式系杆拱桥

3.4.1桥孔布置特点

主桥为(50+180+50)m中承式系杆拱桥，主跨180m，边跨50m，边中比0.278，主桥全长280m，为跨越番禺侧规划中的滨河路，在主桥两侧各设置一连3x45m的预应力混凝土现浇箱梁，同时在全桥上也具备较好的孔跨之间的过渡。由于桥面宽度较宽，主桥采用3片拱肋，边跨实质上为混凝土曲梁。

3.4.2主拱肋设计

由于桥面宽度较宽，主桥采用3片拱肋，单片拱肋采用4根D80cm钢管，内灌混凝土。主拱肋轴线矢高f＝36m，矢跨比1：5，边跨拱轴线矢高f＝11.76m，矢跨比1：4.25，拱轴系数m＝1.3。3片拱肋通过5到风撑连接，确保施工、运营中拱肋的稳定性。

3.4.3桥面板、横梁以及立柱设计

主桥行车道板为普通钢筋混凝土预制Π型板。板高35cm，板宽1m，标准空心板纵向按间距5m布置。主拱和边拱肋间横梁为钢筋混凝土横梁，立柱及吊杆横梁为预应力混凝土横梁。吊杆横梁采用C50混凝土预制，截面为T型,上翼缘宽1.0m，跨中梁高1.85m。腹板厚度为40cm；预埋拉索钢套管。

3.4.4系杆、吊杆

吊杆顺桥向布置为竖直吊杆，间距6m，全桥共有63根吊杆。横桥向吊杆的铅垂布置，受力更为明确，连接拱肋与主梁。吊杆设计安全系数k>2.5，钢束外设双层PE护套。索端采用冷铸锚并压套管安设阻尼橡胶减振器。

4桥型方案比较及推荐桥型方案

通过对四种桥型进行深入的分析研究,、海华大桥推荐采用方案一(105+180+105)m部分斜拉桥,其理由如下：部分斜拉桥与其它三个方案在造价上占优、施工工期最短、与周边环境较为协调，景观效果占优；特别需要说明的是：海华大桥跨越陈村水道连接顺德、番禺，桥梁不远处是广州新客运站，景观效果需要有所反映当地人民的传统，部分斜拉桥能反映佛山人民与时俱进，低调务实的优良传统，因此，海华大桥采用部分斜拉桥无疑是最佳方案。

参考文献

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