双幅同步转体矮塔斜拉桥设计

桥梁建设2021年第51卷第2期(总第270期)
112
Bridge Construction,Vol.51#No.2#2021(Totally No.270)
文章编号!003—4722(2021)02—0112—06
双幅同步转体矮塔斜拉桥设计
文望青12,林骋12,王斌12,王伟民12
(1.中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉430063； 2.中铁建大桥设计研究院，湖北武汉430063)
摘要：广州市增城区新新公路跨广深铁路桥采用(114+96)m双幅预应力混凝土矮塔斜拉桥分幅跨越既有铁路。

该桥主桥为塔墩梁固结体系，主梁采用单箱三室截面斜腹板变高箱梁，为平衡跨度不对称［起的不平衡重，主跨与边跨板厚采用不对称设计。

桥塔采用顺桥向人字形独柱混凝土塔，桥面以上高31.0m；斜拉索采用强度为1860MPa的钢绞线拉索，单索面双排扇形布置；
主墩采用矩形实体混凝土墩，群桩基6。

采用转体过程角度控制图指导双幅桥同步转体施工，转体结构最大悬臂长114m,设计转体吨位为3.2万吨。

经验算，结构各项性能指标均满足设计要求。

关键词：双幅斜拉桥；塔墩梁固结体系；主梁；矮塔；转体施工；结构受力；桥梁设计
中图分类号：U44&27；U442.5文献标志码:A
Design of Synchronized Rotation Construction of
Twin-Deck Extradosed Bridge
WEN Wang-qing12,LINCheng12,WANG Bin12,WANG Wei-min12
(1.China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.,Ltd.,Wuhan430063,China； 2.China
RailwayConstructionBridgeDesignandResearchBranch Wuhan430063China)
Abstract:The section of Xinxin Highway crossing the Guangzhou-Shenzhen Railway in Zengcheng District,Guangzhou is designed as a twin-deck prestressed concrete extradosed bridge wthtwo spans of114m and96m.The br(dge(s ofaf(xed pylon-p(er-g(rdersystem.The superstructurecons(stsofvar(able-depthboxg(rdersconta(n(ngthreece l sand(nclnedwebs.For structuralbalance theslabs(nthe ma(nspanandthes(despanare(nd(f erentth(ckness.The pylon is a concrete structure shaped like the Chinese character“人"，rising31.0m above the deck.
Thes0aycables whicharemadeof1860MPas0eels0rands arefannedou0insinglecableplane oneachsideofthepylon.Themainpierisarectangularsolidconcretepiersupportedongrouppile foundation.Fo l owingtherotationprocesscontrolchart thesynchronizedrotationconstructionof the twin-deck bridge wasconducted witha maximum rotationcantileverof114m androtation weightof32000t.Thecalculationresultsshowthata l theperformanceindexesofthestructure can meetthedesignrequirements.
Keywords:twin-deckcable-stayedbridge；fixedpylon-pier-girdersystem；maingirder；low pylon；rotationconstruction；mechanicalpropertyofstructure；bridgedesign
1工程概况桥(以下简称“旧桥”)为双向6车道,采用4孔20 1.1总体规划m简支T梁跨越下部铁路&为满足城市发展需
新新公路为广州市增城区南北向道路,在环城要⑴,新新公路按一级公路兼城市主干路标准实施路北侧跨越广深铁路。

该道路上既有跨广深铁路改造,设计为双向10车道,因此拟原位拆除旧桥建收稿日期：2020—03—29
作者简介：文望青，正高级工程师，E-mail：wenwangqing@&研究方向：桥梁工程&
通信作者：林骋，工程师,E-mail：lc0423@&研究方向：桥梁工程&
双幅同步转体矮塔斜拉桥设计 文望青，林 骋，王 斌，王伟民
113
造新桥&桥址位于城区，建设条件复杂，跨越铁路宽度 大、线路多、等级高，由北向南依次跨越广深）线
（穗莞深城际左线共线"、广深1线、穗莞深城际右
线、广深I 线、广深"线5条既有铁路,夹角约55°。

其中，广深I 、"线供动车组客车专用，）、1线供 长途、九龙客车及货车使用。

与此同时，规划广深
2、0线（广州东一新塘）以隧道结构在既有广深
1、I 线之间下穿该区域，与该桥形成约39°斜交
角，见图1。

由于既有及规划铁路平面关系复杂，且包含路
基段及隧道段2种形式，采用上跨方案对铁路影响 较小「2「4）。

为降低运营维护工作量及成本，同时保证
既有铁路运营安全，该处跨铁路桥不宜采用钢结构 桥梁页，因此桥型选用混凝土桥梁。

考虑到转体施 工在施工周期及安全性方面均有较为明显的优
势「6「10）,采用转体施工一跨跨越铁路&
1.2主要技术指标
新桥为双向10车道，两侧设置人行道，采用公
路—I 级荷载，设计速度60 km/h ，使用年限100
年&桥址范围内抗震设防烈度6度，地震动峰值加 速度为0. 05g,反应谱特征周期为0. 35 s 。

2总体设计方案
结合场地条件，考虑转体前平面布置及安全距 离（门，主桥主跨跨径约130 m 。

由于主桥桥面宽、 跨径大，推荐采用斜拉索加劲以提高结构刚度与承 载 。

主跨 130m 矮 塔斜拉桥方案 ， 转 结 构 重量约为55 000 t,超过目前建成转体重量最大的
桥梁 ， 性 。

桥 大 桥 宽
度，同时能优化转体平面布置、减小主跨跨径及转体 重量&综合考虑线路纵断面、转体重量及桥梁经济
性，采用桥面分幅、同步转体的矮塔斜拉桥方案&
新新公路与铁路两侧道路需要通过互通连接, 主桥两端平面线形为曲线，且需设置匝道&为尽量
避免主桥边跨进入曲线段，需尽量减小主桥边跨长
度，结合场地条件，新桥主桥采用双幅预应力混凝土 矮塔斜拉桥（图2）,东、西幅跨径均为（114 + 96） m o 主桥采用塔墩梁固结体系，单索面双排扇形布置。

两幅主桥路幅总宽66.76 m （图3）,每幅桥桥宽
图1新新公路跨广深铁路桥（新桥）地理位置（仅示意主桥桥墩）
Fig. 1 General View of Location of Bridge on Xinxin Highway Crossing Guangzhou-Shenzhen Railway （New Bridge ）
图2新新公路跨广深铁路节点桥立面布置
Fig. 2 Elevation View of Bridge on Xinxin Highway Crossing Guangzhou-Shenzhen
Railway
114桥梁建设Bridge Construction2021,51(2)
表12种主梁方案对比
Tab.1Comparison of Two Main Girder Schemes
方案
转体结构
不平衡重/t
静活载
挠度/mm
主梁最大
负弯矩/kN・m
混凝土
用量/m3
预应力钢束
重量/t
1200013.546952811946342.3 265014.5363699
11237312.7
33.13m,各设置5条机动车道和1条人行道&斜拉索锚固区位于桥面中间，靠近路幅中央一侧为3车道，路幅外侧为2车道和人行道，人行道外侧设置异物检测系统。

主桥采用转体施工，转体结构最大悬臂长114m,设计转体吨位为3.2X104t&
3主要结构设计
3.1主梁
3.1.1方案比选
主桥为非对称结构，为避免转体过程球E偏心受力，需通过压重或增大主梁截面等方式增加边跨相对重量，使转体结构处于平衡状态。

经分析，比选以下2种主梁构造设计方案：①方案1,主墩及边墩处梁高分别为7.2m和3.9m,主梁顶板厚42cm，底板厚50〜140cm,腹板厚度以50cm为主，边跨侧边墩处梁等高段长4m,主跨侧边墩处梁等高段长22m,通过配重使转体结构平衡;②方案2,在方案1的基础上，通过调整腹板厚度使转体结构平衡,其中，主跨腹板厚度以40〜60cm为主，边跨腹板厚度60〜80cm为主&
采用MIDAS Civil软件建立2种方案空间有限元模型，对比主桥受力及变形情况（表1）&由表1可知：方案1由于跨径不对称引起的转体结构不平衡重达到2000t,需要在边跨设置临时及永久压重，该方案施工过程较为复杂，体系转换时结构受力状态变化较大，导致成桥状态不理想，主墩处主梁负弯矩较大&方案2采用不对称构造减小跨径不对称的不，转结构不重大，主桥成桥状态较为理想&2种方案承载力及刚度均满足规范要求的前提下，方案2结构刚度略小于方案1,但改善了结构受力状态、降低了主材用量，在安全性、施工便利性、经济性方面具有明显优势，因此选定方案2作为设计方案&
3.1.2主梁构
主梁采用预应力混凝土斜腹板变高箱梁，混凝土强度等级C55,单箱三室截面，主梁标准横断面见图4。

主梁顶宽31.13m,主墩处底宽14.0m,梁高7.2m,边墩处底宽17.8m,梁高3.9m。

斜拉索锚
于主梁中间。

主梁变高中，斜腹板度不变,外腹板斜率为1: 1.732,底板按圆曲线变化,圆曲线半径为1148.47m。

主梁顶板厚42cm,底板厚由边墩处的50cm变化至主墩处的140cm。

调整腹板度结构重量，主跨腹板度
40〜60cm为主，边跨腹板厚度以60〜80cm为主。

为增强宽幅箱梁抗扭及横向刚度，保证斜拉索梁端锚固安全性，斜拉索梁端锚固采用混凝土齿块，锚固截面设置0.4m厚横隔板，横隔板均设置人孔，便于斜拉索张拉及检查&
图4单幅桥主梁标准横断面
Fig.4Standard Cross-Section of Main Girder of a Single Deck
结合场地条件，采用支架现浇施工主梁梁段，转体就位后完成体系转换，主梁不设边跨合龙段&主梁采用、、向预，向预采用预应力粗钢筋外，其余均采用/pk_1860MPa钢绞线。

3.2桥塔
斜拉桥常用的塔形有独柱形、双柱形、H形、A 形等。

由于该桥桥宽、墩矮，H形、A形等横向尺寸大的塔形不合该桥。

为桥宽度，结构体量，该桥采用独柱混凝土桥塔（12）,设置于桥面中央。

该桥塔梁固结，桥面以上塔高31m,桥面以上塔的高跨比为1/3.7。

为提高桥塔纵向刚度及美观性，桥塔顺桥向采用人字形&塔顶顺桥向宽度5.2 m,经过圆曲线变化，在距离塔顶11.0m处最窄，宽度4.0m,在距离塔底7.59m处分为2个塔柱，塔底外轮廓宽度8.0m（图5）。

桥塔横桥向宽度4.2 m,沿高度方向保持不变&为适应分丝管索鞍，塔柱采用形
&
双幅同步转体矮塔斜拉桥设计文望青，林骋，王斌，王伟民115 *20•勺
（a）顺桥向（b）横桥向单位：cm
图5桥塔立面
Fig.5Elevation View of Pylon §
§
⑹横桥向
单位：cm
3.3斜拉索及锚固方式
斜拉索采用双排扇形布置。

全桥共18根斜拉索，采用标准抗拉强度为1860MPa的环氧涂层钢绞线拉索&斜拉索梁端点水平间距8.0 m,塔端点（名义锚点）竖向间距1.0m o斜拉索在塔端采用管贯通，梁端张拉&斜拉索采用于箱梁中间,隔梁
向刚度。

斜拉索规格分127—7'5mm、109—7'5mm、91—7'5mm3种，斜拉索（锚固点至桥塔理论交点）最长约93.301m,最短约33.242m。

3.4主墩与基础
主墩采用矩形截面实心墩，墩梁固结。

主墩外轮廓与桥塔相互呼应，主墩横桥向从上至下由10.0 m变化至6.0m,顺桥向由8.0m变化至6.0m,均采用圆曲线变化（图6）。

主墩上承台采用15.5mX 15.5m矩形截面，厚3.4m；下承台采用19.0mX 19.0m矩形截面，厚5.0m。

基础采用16根'2.5 m钻孔灌注桩，行列式布置，桩间距5.0m,按端承桩设计。

4结构静力验算
采用MIDAS Civil软件建立该桥空间有限元模型，斜拉索采用，其余构件采用梁单元模拟（13）,承台底部设置刚度基础刚度,刚度，以西幅桥为例进行（图7）o
有限元计算结果显示：①标准值组合下，主梁截面均处于受压状态，最大压应力14.00MPa,最小
图6桥墩及基础构造
Fig.6Details of Pier and Foundation
图7桥有型
Fig.7FEM Model of West Deck
压应力0.09MPa（位于墩梁固结处，未考虑负弯矩折减）,。

②主梁承载极限？
正常使用极限各项
③主梁载力最小安 1.13,抗剪承载
最小安 1.38,抗压承载力最小安［数4.20,均大于1,满足规范要求。

④活荷载作用下,主梁最大竖向挠度一16.0mm,挠跨比1/7125,满足设计。

⑤根据规范，矮塔斜拉桥斜拉索可按外索设计，对应安为1.67o阶段，该桥斜拉主布为900〜1000MPa,最大
力1016MPa,对应安全系数1.83,满足规范要求。

5转体施工方案
由于该桥位于城区，场地既有构筑物密集，为减小征拆量，两幅主桥需采用逆向转体施工。

转体前,两幅主桥平行于既有铁路方向布置，主桥主跨位于新新公路线位东侧。

既有铁路南侧的右幅主桥时针转体约55°到达设计线位，北侧的左主桥顺时针大角度转体约150。

到达设计线位（图8）o由图8可知：两幅桥转体影响范围有大重叠。

北侧主桥过早转体将提前进入南侧主桥转体影响范围，导致南侧主桥无法
设计线位;南
116桥梁建设Bridge Construction2021,51(2)
(a)转体平面布置
(。

)
、
超«
>
>
020*********
时间/min
图9转体过程角度控制图
Fig.9Control Chart of Rotation Angles
(b)转体过渡状态
图8转体过程示意
Fig.8Schematic Illustration of Rotation Process
侧主桥过早转体存在与北侧主桥边跨碰撞的风险&因此，两幅桥协同转体是施工控制的关键之一&为确保转体顺利，采用转体过程角度控制图指导转体施工&南、北侧主桥转体过程角度控制图见图9。

图9中，阴影区域A为南侧主桥与北侧主桥边跨碰撞影响区域，阴影区域B为南侧主桥与北侧主桥主跨碰撞影响区域。

因此，当北侧主桥按1.5°/min速度匀速转体时，随后10〜35min南侧主桥开始转体，速度保持在(1.0°〜1.5°)/min,主桥转体曲线位于A、B以外的区域，即主桥处于图8(b)所示的过渡状态，两幅主桥转体互不影响。

6结语
广州市增城区新新公路跨广深铁路桥主桥采用(114+96)m双幅同步转体非对称矮塔斜拉桥&为平衡跨度不对称引起的不平衡重，主跨与边跨板厚采用不对称设计&桥塔采用顺桥向人字形独柱混凝土塔&为避免因双幅桥的影响范围大面积重叠导致无法转体到设计位置，使用转体过程角度控制图明确了双幅同步转体桥梁施工控制关键点，可为同类型桥梁的建设提供借鉴&
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WEN Wang-qing
WANG Bin
WANG Wei-min
文望青
1966—，男，正高级工i
1988年毕业于西南交通大学铁道
桥梁专业，工学学士。

研究方向：桥
梁工
E-mail：wenwangqing#163com
林骋
1990—##工
2012年毕业于华中科技大学土木
工程专业，工学学士，2015年毕业
于浙江大学道路与铁道工程专业,
工学硕士&研究方向：桥梁工程
E-mail：lc0423#outlook com
王斌
1979—##高级工
2000年毕业于北方交通大学土木
工程专业，工学学士&研究方向：桥
梁工
E-mail：1002112146@
王伟民
1989—##工
2012年毕业于中南大学土木工
专业#工学学士#2015年毕业于中
南大学土木工程专业，工学硕士&
研究方向：桥梁工
E-mail：756926496@
（编辑：叶青
）。