惠青黄河公路大桥工程总体设计

纵向及横向预应力采用Ｒｙｈ＝１８６０ＭＰａ符合ＡＳＴＭ．Ａ４１６标准要求的由。１５．２４咖钢绞线，弹
性模量Ｅｙ＝１．９×ｌＯ‰ｌＰａ。张拉控制应力ｏ ｔ＝Ｏ．７５Ｒ，６。 竖向预应力为（９３２精轧螺纹钢筋，屈服强度为Ｐ，ｏ。：８５０ＭＰａ，弹性模量Ｂ＝２．ｏ×１０５ｊｄＰａ， 锚下张拉控制应力０ ｔ＝０．９ Ｒ，６。 ４．１．２主塔 主塔为５５号钢筋混凝土结构，高３０ｍ，为主跨的１／７．３，采用实心矩形截面，顺桥向 长４．５ｍ，横桥向宽２．３ｍ。桥塔根部的箱梁内横隔板斜置，有利于桥塔竖向力的传递。桥塔 处于横桥向中间，塔上斜拉索的锚圊采用斜拉索抗滑锚。 斜拉索采取单索丽布索，利用中央分隔带作为拉索的锚固区。塔根附近无索区长３５ｍ， 跨中无索区长２２ｍ。塔上竖向索间距１．Ｏｍ，箱梁上索间距８．Ｏｍ：在每个锚固点处，横桥向 并排设置两根拉索，间距１．Ｏｍ，每根斜拉索采用１６３丝巾７ｍｍ高强镀锌平行钢丝，标准抗 拉强度Ｒｂ＇＝１６７０Ｍｐａ，运营阶段最大索力５００８ ＫＮ，施工阶段最大索力５３７８ ＫＮ。采用双层 ＰＥ防护，ＬＺＭ型冷铸镦头锚锚固。 ４．２下部结构设计 由于本桥采用了塔墩梁固结的结构体系，再加上主墩高度仅为主跨的１／１０，墩高较低，
２设计技术标准
公路等级：微丘区二级公路特大桥 行车速度：８０ｋｍ／ｈ
王胜．男，１９６２年出生，工程硕士，高级工程师
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设计荷载：汽车一超２０级设计；挂车一１２０验算
纵断面设计：考虑非机动车及行人过桥的因素，设计纵坡为２．５％ 标准横断面：１．２５ｍ（人行道）＋２×３．７５ｍ（行车道）＋２．５ｍ（斜拉索锚固及防撞区）＋２× ３．７５ｍ（行车道）＋１．２５ｍ（人行道），桥面全宽２０ｍ。行车道横坡１．５％ 通航净空：内河Ⅳ级航道，通航净高８ ｍ，且应满足３０年河道淤高时流量为９０００一／ｓ 的最高通航水位：单孔跨越主航道，航道净宽为１５０
４２ｍ。
初步设计阶段，对主桥提出了矮塔斜拉桥、连续刚构桥和连续梁一拱组合桥式等３种 桥式方案。 ３．２．１矮塔斜拉桥方案 矮塔斜拉梁桥既具有梁式桥体系受力明确，结构简单的特点，又具备斜拉桥轻盈美观 的优点，梁体刚度大，斜拉索的稳定性好，拉索张拉简单，建筑高度低能显著降低线路高度， 结构美观新颖。根据以上设计原则，选定１联（１３３＋２２０＋Ｌ３３）ｍ的矮塔斜拉桥作为主桥结构 型式，引桥选用４２ｍ跨度先简支后连续的箱形组合梁。 ３．２．２连续刚构桥方案 连续刚构桥结构受力明确，耐久性好，养护简易，也能够较好的适应桥位区主桥要求
１工程概况
Ｔ．１地理及河道特性 惠青黄河公路大桥位于山东省东北部，黄河下游鲁北平原区，高青（惠民）河段。该 河段蜿蜒曲折，弯曲较大，黄河大堤堤距１７３０ｍ，主河槽位于惠民岸，主槽摆动幅度４８０ｍ， 高青岸为开阔的河滩地。经多年治理该河段已成为人工控制的弯曲性河段，河道比较稳定， 但河床呈“大水冲，小水淤”的基本特性，总体呈淤积抬高的趋势。现河槽已是高出两岸 地面３“６ｍ的“地上河”。桥位附近凌汛较为严重，曾多次发生冰坝、冰塞现象，对桥梁跨 度提出了较高的要求。 １．２工程地质条件与水文地质 桥址区覆盖层主要由粘性土、亚砂土及砂性土等组成。深度２０、３０ｍ以上的全新统地层 为软塑状的粘性土层，工程性能差；更新统上部地层为软’硬塑的粘土层，工程性能稍好， 其下各层土体为硬塑’坚硬状粘性土或密实状砂性土，层位稳定，Ｉ］：＝程性能好，是良好的基 础持力层。 桥址区场地地震动峰值加速度为０．ＯＳｇ（相当于地震基本烈度ＶＩ度区），地震动反应谱 特征周期为０．４５ｓ，场地土类另ＪｌＩＩ类。地表下２０ｍ深度内的饱和亚砂土层为中’轻度地震液 化土层。
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惠青黄河公路大桥工程总体设计
王胜
（铁道第勘蔡设计院）
摘要惠青黄河公路大桥是国内最大跨度的双塔单索面预应力混凝土矮塔斜拉桥，主桥跨径为 （１３３＋２２０＋１３３）ｍ。本文主要对该桥的工程概况，桥型方案设计，主桥结构设计和计算，结构非线 性分析、结构施工和抗震计算等进行了简要介绍。 关键词矮塔斜拇桥 单箱三室 设计施工 结构非线性 抗震计算
ｍ
设计洪水流量及频率：ｌ１０００ｍ３／ｓｅｃ，为３００年一遇 流冰：最大冰块尺寸１０００Ｘ２４０ｍ，最大冰厚４８ｃｍ，最大流冰速度２．６７ｍ／ｓｅｃ 地震烈度：Ⅵ度，按Ⅶ度构造设防
３桥型方案设计
３
１设计原则
１）黄河为我国第二大河，在桥型方案选择时应充分考虑黄河河道特点、桥位区水文、地 质条件等因素。 ２）根据建设单位要求，该桥作为地区标志性建筑物，在满足结构功能的前提下，力求美 观。 ３）所选桥型应广泛运用新技术、新工艺、新材料，作到受力明确，结构合理，施工方便， 造价节省，养护费用低，行车舒适，噪音小，对环境影响小，以赢得最佳的投资效益。 ４）主桥位于主河道上，有通航要求，为保证航道顺畅、减少桥墩对河道的影响，主桥宣 选用较大跨径的桥式方案。引桥应选择建筑高度低、结构刚度大、受力特性及行车条 件好、投资省、施工周期短的结构形式，尽量简洁轻巧。 ３．２桥型方案 ’黄河大桥的桥型方案选择在充分考虑黄河泄洪排凌及大堤控导工程对桥跨布设的具体 要求、黄河河道特点、桥位区水文、地质条件等因素，结合河务部门“在黄河上建桥，桥 孔的跨度一是满足大洪水期间主槽和滩地共同行洪的要求，二是要满足凌汛期防凌”的要 求，提出了跨越黄河主槽的主桥长度大于４８０ｍ，主跨大于２１０ｍ；滩地以桥通过，桥孔跨度
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４主橇结构设计和计算要点
４．１上部结构设计 主桥采用１３３＋２２０＋１３３ｍ单索面三跨预应力混凝土部分斜拉桥，桥长４８６ｍ。采用塔墩 粱固结的结构体系。
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全桥立面图
支点截面
跨中截面
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长联、人跨的特点，结构大方，施工方便，后期养护费用低。选定１联（１３３＋２２０＋１３３）ｍ连 续刚构桥作为主桥结构型式，引桥选用４２ｍ跨度先简支后连续的箱形组合梁。 ３．２．３连续梁一拱组合桥式方案 连续梁一拱组合梁桥是一种新型的桥式方案，梁中预应力克服了拱的推力，使其跨度 增大，气势更加宏伟；拱的出现也使梁建筑高度减小，线形更加流畅明快；梁拱之间柔细 吊索的运用，从而显现出现代技术的发展；连续梁一拱桥不仅线形优美而且结构合理，能够 充分发挥材料的特性。选定１联（１２８＋２３０＋１２８）ｍ连续梁一拱组合桥作为主桥结构型式，引 桥选用４２ｍ跨度先简支后连续的箱形组台粱。 ３．３桥型方案比选 三个桥式方案主桥各具特点，从大桥的主要工程数量、大桥工程投资、工程施工周期 及难易程度和桥式特点等方面进行了比较（表１），最终选定了矮塔斜拉桥方案作为本桥的 设计方案。 ３．４矮塔斜拉桥方案优点 矮塔斜拉桥是一种较新型的桥梁结构形式，是介于连续梁和斜拉桥之间的半柔性桥 梁，因而它兼有连续梁与斜拉桥的优点。 与连续梁相比，它有如下优点： ①跨越能力较连续梁大，当中支点梁高相同时，部分斜拉桥的跨度可比连续梁大一 倍以上。 ②对于大跨度梁而言，相同跨度的部分斜拉桥比连续粱经济。 与斜拉桥相比，它有如下优点： ③塔高较矮，塔身结构简单，旃工方便。 ④斜拉索应力变化幅度小，可采用较高的应力，一般情况下，斜拉桥拉索的应力为 标准强度的０．４～Ｏ．４５倍，而部分斜拉桥可用至０．５～０．６倍，从而减少钢材用量。 ⑤主梁抗弯刚度大，可采用梁式桥施工方法，而无需像斜拉桥那样采用大型牵索挂 篮，极大地方便了旅工。 ⑧整体刚度大，变形小，尤其适用于荷载大、标准高的铁路桥梁。 此外，矮塔斜拉桥尚可人为地确定索与梁所承受的荷载比例，设计较灵活。但矮塔 斜拉桥毕竟比连续梁多了塔、索结构，较连续梁复杂。它的跨度达不到斜拉桥那么大。 表１桥式特点比较
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收缩、徐变和降温对塔墩内力影响较大，ｆｆｉｉ主－桥受力是以连续刚构为主，斜拉索为辅，因 此主墩及其桩基是设计的关键控制部位之一。主桥上下部结构的内力与旖工流程密切有关， 为了减少主墩在施工过程中产生的不利水平力和弯矩，对主桥上部施工流程进行了合理调 整，采用将最后一对斜拉索的张拉在Ｔ构梁段浇注完成后进行，在巾跨合龙前预项６０００ｆｆＮ 水平力的措施，较大地改善了桥墩受力。 主桥主墩为５５号混凝土，采用双薄壁墩，双薄壁中心间距６．０ｍ，墩壁厚度１．７ｍ，横 桥向墩壁宽度９．６ｍ，在两薄壁之间，靠迎水面侧设置钢筋混凝土破冰体，破冰体尖角处设 角钢。破冰体高度在设计时计入５０年淤积厚度５．０４ｍ。 过渡墩采用矩形截面的钢筋混凝土板式墩，墩身厚度（顺桥向）２．０ｍ，宽度（横桥向）９．６ｍ， 横桥向外观为上宽下窄的“花瓶式”造型，在桥墩迎水面侧设置钢筋混凝土破冰体，破冰 体尖角处设角钢。 桥墩采用桩基础、钢筋混凝土承台，主墩承台尺寸为２２．７×１６．９ｍ，厚４．８ｍ，采｝｛ｊ ２６ 根中ｉ．５ｍ钻孔灌注桩，桩长１１０ｍ。为了避免浇筑承台大体积混凝土时水化热引起的混凝土 开裂，在承台中设置巾５０×３ｍｒｎ的散热管和测温管。过渡墩承台尺寸为８．７×Ｊ＿２．７ｍ，厚３．５ｍ， 采用６根中１．５ｍ钻孔灌注桩，桩长９５ｍ。 ４．３主桥结构施工 箱梁采用悬臂浇筑方法施工，其节段划分根据施工设备及其负荷能力确定，并考虑尽 量使模板简单通用，粱段长度分别为３．０、３．５、４．０、５．０ｍ，悬浇节段的最＿人重量控制在 ２５００Βιβλιοθήκη BaiduＮ以内。边跨分别在岸边备设置２８ｍ长的支架，支架上现浇节段箱梁混凝土，岸孔合 龙段长２．Ｏｍ。主桥箱粱的施工采用两对挂篮同时进行悬臂浇筑施工。 ①０＃块。Ｏ＃块利用支在刚构墩墩项立模进行混凝土浇筑施工。施工时应注意塔柱钢筋的预 埋。施完成后，即可在桥面搭设支架进行桥塔施工。 ②节段悬臂。节段悬臂施工拟采用挂篮进行悬臂浇筑，挂篮重量不超过０．５倍节段混凝土 重量，每个节段最前端的一束横向预应力及竖向预应力应待下一节段混凝土达到８０％设计 强度时张拉。横隔板较薄，预应力孔道与钢筋间距较小，施工时应注意混凝土粗骨料粒径 不宜太大，以保证混凝土浇注密实。有斜拉索的梁段，在完成纵向预应力钢绞线张拉后， 进行斜拉索的张拉锚固。 ③边跨合龙。边跨台龙段可采用支架现浇施工，支架及模板应具有足够的强度和刚度，注 意合龙段两侧粱端的高差，通过安装合龙段撑架，以保证合龙段两侧无相对位移，确保混 凝土的浇注质量。 ④中跨合龙。采用吊架进行中跨合龙段施工，采用压重控制梁体受力，通过安装合龙撑架， 保证合龙段两侧无相对位移，并预加顶力，浇注合龙段混凝土。 ⑤体系转换。边跨端部现浇段的支架与模板之间的连接构造应考虑在边跨合龙后能够纵向 活动。边跨台龙后应拆除各临时支点后再合龙中跨。 边跨、中跨合龙段混凝土浇注之前，设有劲性骨架，并张拉临时合龙束，待合龙段混 凝土达到设计强度后，拆除劲性骨架，张拉合龙束，临时张拉的台龙束应在最后放松重新 张拉至设计吨位。
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４．１．１主梁 主梁采用单箱三室变高度箱形截面，５５号混凝土。主墩墩顶处梁高７．５ｍ，高跨比 １／２９．３；跨中处及过渡墩墩顶处梁高３．５ｍ，高跨比１／６２．８；粱底曲线线形按二次抛物线变 化。箱顶宽２０ｍ，单侧悬臂长３．５ｍ，跨中箱底宽１ １．５７４ｍ，根部箱底宽９．６ｍ。从美观的角 度出发，箱梁外侧腹板采用斜腹板，斜腹板斜率为１：４，厚度由箱梁梁体根部５０ｃｍ渐变至 跨中与过渡墩支点附近梁段３２ｃｍ；内侧为直腹板，厚度由箱梁梁体根部４０ｃｍ渐变至跨中 与过渡墩支点附近粱段２８ｃｍ；底板厚度依据计算，在箱梁根部为１２８ｃｍ，渐变至跨中及边 跨直线段３０ｃｍ；顶板厚２８ｃｍ，其中中室顶板在塔根无索区及锚索区加厚为４０ｃｍ。 主梁除在支点处设横隔梁外，每根拉索锚固点处均设有横隔梁，间距８．Ｏｍ。中支点处 横隔梁厚１．７ｒｅＸ２，边支点处横隔梁厚１．５ｍ，支点处横隔梁设置人孔。拉索锚固点处横隔梁 变厚度，中室厚４０ｃｍ，边室厚３０ｃｍ；为了利于桥塔竖向力的传递，将箱梁根部横隔板斜置。 箱粱采用全预应力理论设计，顶板Ｔ束、中跨及边跨底板合拢束采用１９巾。１５．２４ｍｍ钢 绞线，内径西ｉＯＯｍｍ波纹管成孔，ＯＶＭｌ５—１９锚具锚圃；腹板Ｆ束与边、中跨顶板合拢束采 用１２中。１５，２４ｍｍ钢绞线，内径ｍ９０ｍｍ波纹管成孔，ＯＶＭｌ５—１２锚具锚固。钢绞线采用符合 ＡＳＴＭ．Ａ４１６标准的中３１５．２４ｍｍ低松驰钢绞线，标准抗拉强度Ｒ，ｂ＝１８６０ＭＰａ，采用双端张拉， 张拉时锚下控制应力０。＝１３９５ ＭＰａ。 斜拉索锚固点处的横隔板采用９ｍ’１５．２４ｍ钢绞线，内径巾８０ｍ波纹管成孔，ＯＶＭＩＳ－９ 锚具锚固。 顶板横向预应力钢束采用３由。１５．２４ｍｍ钢绞线，配用ＢＭｌ５—３扁锚，采用内径５０×１９ｍｍ 扁波纹管成孔，顺桥向钢束间距５０ｃｍ，采用单端张拉，张拉、锚固端交错布置。 竖向预应力钢筋采用巾３２精轧螺纹钢筋，标准强度为８５０ＭＰａ，配用ＪＬＭ－３２精轧螺纹 锚，采用七５０ｍｍ波纹管成孔。