湘南地區(qū)大跨度斜拉橋總體設計

湘南地區(qū)大跨度斜拉橋總體設計

1主要技術指標湘潭湘江大橋位于湘潭區(qū)。這是一座橫跨湘江的大型公路橋。這座橋的正橋是一座270米的傾斜橋，橋面寬度為24米。主梁是一個v形的梁，范圍為133m-270m和133m。主塔是花瓶。兩座主塔的基礎是18根直徑2.3m的鉆孔樁和直徑24.4m的低細胞。其主要技術指標如下:(1)橋面寬度:24m;(2)橋面縱坡:0.6%,豎曲線半徑44668m;(3)設計荷載:汽超-20,掛-120驗算,人群荷載3.5kN/m2;(4)設計車速:60km/h;(5)設計基本風速:25.9m/s;(6)地震設防烈度:小于6度。2主塔基礎2.12地下工程樁灌注樁基礎選擇墩位處鉆孔資料顯示,標高23m處見風化巖,分別在標高10.5m處達微風化泥質粉砂巖。根據(jù)墩位處地質水文條件選定兩墩基礎采用18根?2.3m的鉆孔灌注樁,樁長18.7m,嵌入基巖6.5m。承臺采用低樁承臺,承臺為截頭圓柱形,直徑?24.4m,順橋向寬16m,高5m,采用雙壁鋼圍堰施工。2.22地下工程樁灌注樁基礎選擇墩位處鉆孔資料顯示,標高23m處見風化巖,分別在標高11.5m處達微風化泥質粉砂巖。根據(jù)墩位處地質水文條件選定兩墩基礎采用18根?2.3m的鉆孔灌注樁,樁長17.7m,嵌入基巖6.5m。承臺采用低樁承臺,承臺為截頭圓柱形,直徑?24.4m,順橋向寬16m,高5m,采用雙壁鋼圍堰施工。3主塔的設計3.1橋塔的形狀該橋位于湘潭市區(qū),為湘潭市內環(huán)線上的特大橋,景觀非常重要,設計中對橋塔造型經(jīng)過反復比較,最后選定花瓶形主塔,扇形平面索,造型美觀大方,氣勢宏偉。該橋主塔高97.3m,橋面以上塔柱高72m,橋面以下塔柱高25.3m。橋塔橫橋向采用花瓶形,順橋向采用一字形,橋面以下設一道下橫梁,橋面以上28m設一道上橫梁,兩道橫梁將橋塔分為上、中、下塔柱三部分。上塔柱高40m,順橋向寬6m,橫橋向寬3.2m,塔柱為單箱單室矩形截面,上下等截面,順橋向壁厚0.7m,橫橋向壁厚1.2m;中塔柱高37m,順橋向寬6m,橫橋向寬3.2m,塔柱為單箱單室矩形截面,上下等截面,順橋向壁厚0.8m,橫橋向壁厚1.2m;下塔柱高20.3m,順橋向寬6～7.8m,橫橋向寬4.7m,塔柱為單箱單室矩形截面,上下變截面,順橋向壁厚1m,橫橋向壁厚1.2m,見圖1。3.2橋塔結構截面的應力由于該橋跨度較大,邊跨與中跨之比大,接近0.5,且下塔柱斜度大,主塔的強度和剛度至關重要,為此,設計采取如下措施:(1)由于塔和梁的相對剛度將影響到塔和梁的受力分配,為使塔梁剛度相協(xié)調,使塔、梁都達到一個較合理的受力狀態(tài),主塔斷面經(jīng)過幾次改變,下塔柱由最初設計的實心非對稱五邊形截面改為實心矩形截面,經(jīng)過仔細計算后,確定上、中、下塔柱均采用空心矩形截面,同時將中、上塔柱寬度由3m改為3.2m,以適當增大下塔柱整體剛度和中、上塔柱橫橋向剛度。另一方面,對塔柱而言,受到豎向力及順橋向和橫橋向水平力作用,為雙向偏心受壓構件,計算表明外角點出現(xiàn)3.5MPa的拉應力或32.3MPa的壓應力,超出C50砼的設計強度,因此,設計中將塔柱矩形截面的外角、內角增加倒角,形成截角矩形截面。塔柱采用這種截面形式,既消除了塔柱截面上的應力集中點,也有利于下塔柱分水導流,中、上塔柱減小風力,而且在造型上,上、中、下塔柱采用統(tǒng)一尺寸的外倒角,且中上塔柱截面外形尺寸一樣,避免了單一線條,主塔外形為流線型,增強了美感。(2)考慮到塔柱傳力的過渡,在承臺上設計2m高的實心塔座;上橫梁處的塔柱設6m的實心段,實心段內留80cm×120cm過人孔;下橫梁處的塔柱設10.2m的實心段,實心段內留?70cm通氣孔,在塔柱實心段與空心段交接處,以及塔柱與橫梁連接處均設計有倒角,以減小應力集中。(3)塔梁連接方式:在26、27號墩主塔順橋向、橫橋向均設計限位阻尼支座,塔與主梁、橋墩的連接方式為塔、墩固結,塔、梁分離,橋塔處設置豎向活動支座,使作用于塔柱上的水平力均勻分布?？臻g計算結果表明以上對塔柱截面的調整以及橋塔結構上的處理是合理的,叢空間計算結果看,最大應力均出現(xiàn)在塔柱空心段與實心段交接處倒角的起始位置截面外緣短邊倒角處?？臻g計算中、下塔柱最大應力如下:中塔柱最大應力出現(xiàn)在近下橫梁處截面,最大主拉應力1.75MPa,最大主壓應力7.35MPa;下塔柱最大應力也出現(xiàn)在近下橫梁處截面,最大主拉應力2.39MPa,最大主壓應力10.88MPa?？梢?由于下塔柱斜度大,造成了中、下塔柱及下橫梁交接部位受力不利。3.3拉索錨固區(qū)段塔柱內分布鋼筋(1)由于上塔柱截面尺寸較小,該橋采用了交叉“U型”預應力束配置方式。(2)為抵抗拉索區(qū)巨大的拉應力及錨箱附近復雜應力,配合交叉“U型”預應力發(fā)揮更好的作用,拉索錨固區(qū)段塔柱內分布鋼筋也采用了不同于中塔柱放射型的布置方式,即由平行和垂直于橋墩方向的分布鋼筋加上平行于截面倒角的斜鋼筋共同構成分布鋼筋網(wǎng),而且靠近錨箱處塔柱主鋼筋也加密布置。足尺節(jié)段模型實驗及實際結果表明,這種布筋方式效果非常好(見圖2)。3.4下產(chǎn)品的拉應力下橫梁高4m,寬6～6.2m,為單箱單室矩形截面,頂?shù)装搴?5cm,腹板厚70～80cm。由于下塔柱斜度大,斜拉索傳遞的巨大豎向力在下橫梁上產(chǎn)生巨大的水平分力,加上支座傳遞的豎向力,使下橫梁成為偏心受拉結構,為抵抗巨大的拉應力,下橫梁配置36束19-?j15.24和18束12-?j15.24預應力鋼絞線,支座下方直到塔柱,下橫梁均設計成實心截面,以抵抗下橫梁與橋塔結合部位的復雜應力及支座傳遞的豎向力。上橫梁高4m,寬6m,采用單箱單室矩形截面,壁厚均為70cm。平面計算中上橫梁為受壓構件,空間計算結果顯示,在橫橋向風力作用下上橫梁出現(xiàn)3.8MPa的拉應力,因此上橫梁配置了32束12-?j15.24預應力鋼絞線。上、下橫梁預應力鋼絞線均錨固于主塔外側壁上。3.5主塔鋼筋連接主塔為鋼筋砼結構,采用C50砼現(xiàn)澆,主塔豎向受力主鋼筋均為?32mm鋼筋,除下塔柱部分用錐螺紋連接外,其余全部采用等強直螺紋連