湘南地區(qū)大跨度斜拉橋總體設(shè)計(jì)

湘南地區(qū)大跨度斜拉橋總體設(shè)計(jì)

1主要技術(shù)指標(biāo)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(gè)v形的梁，范圍為133m-270m和133m。主塔是花瓶。兩座主塔的基礎(chǔ)是18根直徑2.3m的鉆孔樁和直徑24.4m的低細(xì)胞。其主要技術(shù)指標(biāo)如下:(1)橋面寬度:24m;(2)橋面縱坡:0.6%,豎曲線半徑44668m;(3)設(shè)計(jì)荷載:汽超-20,掛-120驗(yàn)算,人群荷載3.5kN/m2;(4)設(shè)計(jì)車速:60km/h;(5)設(shè)計(jì)基本風(fēng)速:25.9m/s;(6)地震設(shè)防烈度:小于6度。2主塔基礎(chǔ)2.12地下工程樁灌注樁基礎(chǔ)選擇墩位處鉆孔資料顯示,標(biāo)高23m處見(jiàn)風(fēng)化巖,分別在標(biāo)高10.5m處達(dá)微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。根據(jù)墩位處地質(zhì)水文條件選定兩墩基礎(chǔ)采用18根?2.3m的鉆孔灌注樁,樁長(zhǎng)18.7m,嵌入基巖6.5m。承臺(tái)采用低樁承臺(tái),承臺(tái)為截頭圓柱形,直徑?24.4m,順橋向?qū)?6m,高5m,采用雙壁鋼圍堰施工。2.22地下工程樁灌注樁基礎(chǔ)選擇墩位處鉆孔資料顯示,標(biāo)高23m處見(jiàn)風(fēng)化巖,分別在標(biāo)高11.5m處達(dá)微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。根據(jù)墩位處地質(zhì)水文條件選定兩墩基礎(chǔ)采用18根?2.3m的鉆孔灌注樁,樁長(zhǎng)17.7m,嵌入基巖6.5m。承臺(tái)采用低樁承臺(tái),承臺(tái)為截頭圓柱形,直徑?24.4m,順橋向?qū)?6m,高5m,采用雙壁鋼圍堰施工。3主塔的設(shè)計(jì)3.1橋塔的形狀該橋位于湘潭市區(qū),為湘潭市內(nèi)環(huán)線上的特大橋,景觀非常重要,設(shè)計(jì)中對(duì)橋塔造型經(jīng)過(guò)反復(fù)比較,最后選定花瓶形主塔,扇形平面索,造型美觀大方,氣勢(shì)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(shè)一道下橫梁,橋面以上28m設(shè)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?qū)?m,橫橋向?qū)?.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?qū)?m,橫橋向?qū)?.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?qū)?～7.8m,橫橋向?qū)?.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(jiàn)圖1。3.2橋塔結(jié)構(gòu)截面的應(yīng)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(qiáng)度和剛度至關(guān)重要,為此,設(shè)計(jì)采取如下措施:(1)由于塔和梁的相對(duì)剛度將影響到塔和梁的受力分配,為使塔梁剛度相協(xié)調(diào),使塔、梁都達(dá)到一個(gè)較合理的受力狀態(tài),主塔斷面經(jīng)過(guò)幾次改變,下塔柱由最初設(shè)計(jì)的實(shí)心非對(duì)稱五邊形截面改為實(shí)心矩形截面,經(jīng)過(guò)仔細(xì)計(jì)算后,確定上、中、下塔柱均采用空心矩形截面,同時(shí)將中、上塔柱寬度由3m改為3.2m,以適當(dāng)增大下塔柱整體剛度和中、上塔柱橫橋向剛度。另一方面,對(duì)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(gòu)件,計(jì)算表明外角點(diǎn)出現(xiàn)3.5MPa的拉應(yīng)力或32.3MPa的壓應(yīng)力,超出C50砼的設(shè)計(jì)強(qiáng)度,因此,設(shè)計(jì)中將塔柱矩形截面的外角、內(nèi)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(yīng)力集中點(diǎn),也有利于下塔柱分水導(dǎo)流,中、上塔柱減小風(fēng)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(qiáng)了美感。(2)考慮到塔柱傳力的過(guò)渡,在承臺(tái)上設(shè)計(jì)2m高的實(shí)心塔座;上橫梁處的塔柱設(shè)6m的實(shí)心段,實(shí)心段內(nèi)留80cm×120cm過(guò)人孔;下橫梁處的塔柱設(shè)10.2m的實(shí)心段,實(shí)心段內(nèi)留?70cm通氣孔,在塔柱實(shí)心段與空心段交接處,以及塔柱與橫梁連接處均設(shè)計(jì)有倒角,以減小應(yīng)力集中。(3)塔梁連接方式:在26、27號(hào)墩主塔順橋向、橫橋向均設(shè)計(jì)限位阻尼支座,塔與主梁、橋墩的連接方式為塔、墩固結(jié),塔、梁分離,橋塔處設(shè)置豎向活動(dòng)支座,使作用于塔柱上的水平力均勻分布?？臻g計(jì)算結(jié)果表明以上對(duì)塔柱截面的調(diào)整以及橋塔結(jié)構(gòu)上的處理是合理的,叢空間計(jì)算結(jié)果看,最大應(yīng)力均出現(xiàn)在塔柱空心段與實(shí)心段交接處倒角的起始位置截面外緣短邊倒角處。空間計(jì)算中、下塔柱最大應(yīng)力如下:中塔柱最大應(yīng)力出現(xiàn)在近下橫梁處截面,最大主拉應(yīng)力1.75MPa,最大主壓應(yīng)力7.35MPa;下塔柱最大應(yīng)力也出現(xiàn)在近下橫梁處截面,最大主拉應(yīng)力2.39MPa,最大主壓應(yīng)力10.88MPa。可見(jiàn),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(nèi)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(yù)應(yīng)力束配置方式。(2)為抵抗拉索區(qū)巨大的拉應(yīng)力及錨箱附近復(fù)雜應(yīng)力,配合交叉“U型”預(yù)應(yīng)力發(fā)揮更好的作用,拉索錨固區(qū)段塔柱內(nèi)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(gòu)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(shí)驗(yàn)及實(shí)際結(jié)果表明,這種布筋方式效果非常好(見(jiàn)圖2)。3.4下產(chǎn)品的拉應(yīng)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(jié)構(gòu),為抵抗巨大的拉應(yīng)力,下橫梁配置36束19-?j15.24和18束12-?j15.24預(yù)應(yīng)力鋼絞線,支座下方直到塔柱,下橫梁均設(shè)計(jì)成實(shí)心截面,以抵抗下橫梁與橋塔結(jié)合部位的復(fù)雜應(yīng)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(jì)算中上橫梁為受壓構(gòu)件,空間計(jì)算結(jié)果顯示,在橫橋向風(fēng)力作用下上橫梁出現(xiàn)3.8MPa的拉應(yīng)力,因此上橫梁配置了32束12-?j15.24預(yù)應(yīng)力鋼絞線。上、下橫梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線均錨固于主塔外側(cè)壁上。3.5主塔鋼筋連接主塔為鋼筋砼結(jié)構(gòu),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(qiáng)直螺紋連