浅谈可克达拉斜拉桥设计与分析

摘 要：本项目主桥采用37+103+320+103+37米预应力混凝土斜拉桥，引桥为2×（3×40）+5×（4×40）+（3×40）米预应力砼先简支后连续T梁，桥梁全长1767米。主桥桥梁跨径较大，施工难度较高，施工工期较长，是本项目的重点及难点。

关键词：斜拉桥；箱梁；斜拉索；索塔

中图分类号： U441 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）21-100-2

1 主要技术标准

设计荷载：公路-Ⅰ级。

地震动峰值加速度：0.15g。

设计洪水频率：特大桥1/300。

桥梁宽度：主桥：（1.5m（锚索区）+2.5m（人行道）+0.5m（防撞护栏）+11m（车行道）+0.5m（防撞护栏）+0.25（中央分隔带））×2=32.5m；设计基本风速：34.9m/s（百年一遇）

2 主要材料及其参数

主梁采用C55混凝土，主塔塔身及塔座采用C50混凝土，主塔承台采用C40混凝土，桩基采用C30混凝土，斜拉索采用高强度环氧平行钢丝（斜拉索）型号为：PES7-187、PES7-223、PES7-253、PES7-283、PES7-301。

3 设计要点

主梁采用预应力砼分离式双边箱断面，箱梁全宽3290厘米（含每侧20cm风嘴），主梁中心梁高300厘米，顶板厚28厘米；标准梁段的底板厚35厘米，斜腹板厚25厘米，竖腹板厚35厘米；0号块底板加厚为65厘米；边跨现浇段采用单箱三室断面，底板厚70厘米，斜腹板厚45厘米，竖腹板厚35厘米，箱梁内填筑压重。主梁顶板设置1.5%的双向横坡，底板水平设置。主梁从索塔处开始分块，0号块长为14米；主梁标准块件长度为8米，标准节段重约516吨；每节段在距离施工缝76厘米处设置一道厚32厘米的横隔板；梁端、辅助墩及索塔处各设一道横隔梁，其厚度分别为300厘米，200厘米，300厘米；主梁采用预应力混凝土结构，按全预应力砼构件设计。

索塔采用双柱式变截面“H”形索塔，由上塔柱、中塔柱、下塔柱及横梁组成，塔高为107.5米。塔柱及横梁采用空心薄壁截面。上塔柱顺桥向宽度8.0米，中塔柱、下塔柱顺桥向宽度由8.0米渐变至塔底的10.0米，上塔柱及中塔柱横桥向宽度4.5米，下塔柱横向宽度由4.5米渐变至塔底的7.0米。其中上塔柱为斜拉索锚固区，索塔斜拉索锚固采用钢锚梁，为设置钢锚梁需要在顺桥向塔壁内侧设置牛腿。塔间设上横梁、中横梁及下横梁，上横梁高度为4.0米，宽度8米，中横梁高度为4～5米，宽度为7米，下横梁高度为5.0米，宽度为7米，壁厚为80厘米。

斜拉索采用扇形布置，顺桥向标准间距8米，边跨加密段为3.5米及4米。塔上间距分别为2.4米、2.6米及 2.8米。

桥塔承台平面尺寸为16.5×22.75米，厚度为6米，承台封底混凝土厚2.0米；每个承台下接12根直径2.5米的钻孔灌注桩，桩基均按摩擦桩设计，钻孔灌注桩基础。

4 主桥结构分析

一期恒载包括：箱梁、横梁、斜拉索及索塔等材料重量。混凝土主梁及索塔容重26kN/m3，梁、塔按实际断面计取重量。主梁横隔板按集中力计入。二期恒载包括护栏、桥面铺装及人行道按照122.0kN/m计，施工挂篮采用前支点挂篮，挂篮重量取为2200kN，边跨现浇段箱梁每个腔室内压重75.2t/m。活载采用汽车荷载6车道加载时的横向折减系数0.55，汽车荷载对计算跨径的纵向长度折减系数0.97，采用平面结构程序进行总体计算时，汽车荷载偏载增大系数取1.15，考虑活载的剪力滞后效应，活载效应考虑提高10%，冲击系数取为1.05。活载横向分布系数=6×0.55×1.15×0.97×1.1=4.049，汽车制动力：制动力的着力点在桥面上，其值按桥规规定的方法计算。温度力：体系升温25℃，体系降温-38℃。主梁顶底板温差±5℃斜拉索与混凝土主梁、索塔间的温差±15℃；塔身左、右侧温差±5℃。基础沉降主墩取2cm，辅助墩和过渡墩5mm。

针对斜拉桥的特殊性，参考JTG-TD65-01-2007《公路斜拉桥设计细则》，本桥采用荷载组合Ⅰ：恒载+汽车；荷载组合Ⅱ：恒载+汽车+体系升温+正温差；荷载组合Ⅲ：恒载+汽车+体系降温+负温差；荷载组合Ⅴ：恒载+汽车+体系降温+正温差；荷载组合Ⅵ：恒载+汽车+体系升温+正温差+风荷载+基础沉降；荷载组合Ⅶ：恒载+汽车+体系降温+负温差+风荷载+基础沉降；荷载组合Ⅷ：恒载+汽车+体系降温+正温差+风荷载+基础沉降。

总体静力计算采用平面杆系分析程序《桥梁博士3.2》，以主梁桥轴线为基准划分结构离散图。梁塔为平面梁单元，斜拉索为平面杆单元。总体计算根据桥梁施工流程划分结构计算阶段，根据荷载组合要求的内容进行内力、应力计算，验算结构在施工阶段、运营阶段内力、应力及整体刚度是否符合规范要求。

5 计算结果

5.1 主梁极限承载力

不计入箱梁普通钢筋，主梁各断面在各种荷载组合下截面抗力和最大组合弯矩主梁抗弯承载能力均满足要求。

5.2 主梁抗裂验算

抗裂验算分为正截面和斜截面抗裂验算。

5.2.1 主梁正截面抗裂验算

规范规定：对于全预应力混凝土构件，在作用短期效应组合下，分段浇注的混凝土受弯构件不允许出现拉应力。从图3中可看出，主梁正截面抗裂满足规范要求。

5.2.2 主梁斜截面抗裂验算

本桥主梁在短期荷载效应下，计入温度力效应后，斜截面抗裂验算应力图见图4。

规范规定对于现浇全预应力混凝土构件，在荷载短期效应组合下σtp≤0.4ftk=0.4×2.85=1.14MPa，从图中可看出，在短期效应组合下，斜截面出现的最大拉应力为0.3MPa，满足规范要求。

5.3 主梁应力验算

5.3.1 主梁正应力

计算表明主梁最大压应力为18.5MPa，出现在中跨跨中下缘，最大压应力均满足规范要求。

成桥阶段：上铺装阶段主梁最大压应力为15.0MPa，出现在中跨跨中上下缘。

使用阶段：荷载组合3时，主梁最大压应力为17.0MPa，出现在中跨跨中上缘。主梁应力满足规范要求。

施工阶段规范允许值σtcc≤0.70fck’=0.70×35.5=24.85MPa因此施工阶段主梁最大压应力、拉应力均能满足规范要求。

使用阶段规范允许值：受压区混凝土最大压应力σkc+σpt≤0.5fck=0.5×35.5=17.75MPa

使用阶段主梁最大压应力小于规范值，满足规范要求。

5.3.2 主梁主应力

主梁最大主压应力为17.0MPa，发生在中跨跨中上缘。规范允许值σcp≤0.6fck=0.6×35.5=21.3MPa

使用阶段主梁最大主压应力小于规范值，满足规范要求。

5.4 斜拉索安全验算

根据《公路斜拉桥设计细则》（JTG/T D65-01-2007）规定，施工阶段斜拉索的安全系数不应小于2.0，运营阶段斜拉索的安全系数不应小于2.5，斜拉索的应力状态均满足规范要求。

6 结束语

斜拉桥是适用于跨径200～500米之间的桥梁结构形式，跨径小于200米时采用预应力混凝土桥经济，跨径大于500米时候则以钢悬索桥为经济，实践的发展证明了斜拉桥不仅适用于中小跨径桥梁，对于跨径1000米以上的大跨径桥也极具竞争力。

参 考 文 献

[1] 公路斜拉桥设计细则 JTG-TD65-01-2007.

[2] 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG-D62-2004.