力三分力试验、T D M 主动抑振研究等工作对大桥施工及成桥状态动力抒性和抗风稳定性进行研究分析。( 4 ) 基桩静载试验：该专题由中铁大桥局集团桥梁科学研究院承担，通过试验测定桩端胆力和侧壁分 层摩阻力参数，验证桩基承载能力，确保大桥安全。( 5 ) 索塔锚周区足尺模型试验研究：该专题由中铁大桥局集团桥梁科学研究院承担，通过实测曲线段拉索锚固区u 形钢束的孔道摩阻、锚圈口摩阻、伸长量及预应力张拉和管道真空辅助压浆等工作，验证锚 索医设计的合理性及安全性，指导施工。本文就大桥设计中考虑的一些问题作了系统介绍，不妥之处，敬请问行不吝指教。浙江平湖海盐塘桥的设计 国内首座塔顶锚固的自锚式混凝土悬索桥易建国张元凯金成棣 ( 同济大学桥粱工程系)摘要海盐塘桥为国内首座塔顶锚固的自锚式三跨连续混凝土悬索桥，于2 0 0 4 年t O 月建成。竣工荷载试验结论表明，桥跨结构的承栽能力满足设计荷载要求。本文重点介绍该桥的设计构思，结构设计，分析方法，计算成果以及与常规聍白锚式悬索桥相比所具有的明显特点。美键词自锚式悬索桥塔顶锚固动性骨架钢绞线主缆一，概述海盐塘桥跨越当湖镇海盐塘，是平湖市二环路东湖大道上的重要桥梁。桥址处海盐塘河面宽度约1 2 0 m 原为六级航道，现平湖市规划航道全部外迁，在东湖大道范围内均为游船活动水面。河流两岸为旱地，场地较为平整，规戈地面标高为2 8 m ，河道常水位标高为1 0 m 左右。当地平均温度为1 5 7 ，最高温度为3 9 4 q c ，最低温度为一9 3 “ 1 3 。桥址区域内土质较差，但场地相对稳定。在钻孔深度( 6 0 m 左右)内，中上层土层为淤泥质粉质粘土，粘质粉土和砂质粉土层，流塑状；底层为灰绿色粉质粘土层，可塑状。地质钻探报告建议取粉质粘土层为桩尖持力层。主要技术标准：设计荷载为城A 级( 机动车道) 、城B 级( 非机动车道) 、人群：2 5 6 k N m 2 ；桥面横向布置为4 0 m ( 人行道) + 45 m ( 非机动车道) + 4 ，O m ( 绿化带) + t 5 O m ( 机动车道) + 4 o n t 绿化带) + 4 5 m( 非机动车道) + 4 O m ( 人行道) ，全宽4 0 r n ，与东湖大道同宽；桥面纵坡为2 2 ，横坡：人行道为1 0 ，机动车遭为1 5 ，通过横梁变高度予以调整，桥上竖曲线半径为2 0 0 0 m ，主梁梁底标高为6 O m ( 标高均以黄海高程为准) ；抗震设防标准：本地区地震基本烈度为6 度，按7 度设防。二、桥梁方案比选乎湖市东湖大道以内为以当湖为中心的旅游、休闲风景区，区域内规划建设体育馆、艺术中心、纪念馆、重点高级中学、高档住宅及高级酒店等设施，并于每年九月在此举行规模盛大的西瓜玎节，届时游A如织，热闹非凡。因此要求海盐塘桥桥型新颖别致，与已建桥梁不可雷同，不仅要满足使用功能，安全畅一，! 一，娄兰姜! 望茎兰兰：磐呈；盐= = 璺奎笪些茎要篁詈兰自垡奎釜丝圭量主箜! j ：通，经济合理，而且要具有象征性，能成为当地的一个标志性建筑。在方案设计阶段，曾提出三个比选方案，即双塔三跨连续预应力混凝土板拉桥( 每塔两对拉板) ，主桥跨径组合为3 5 m + 6 0 m + 3 5 m ，桥面以上塔高为1 2 m ；中承式三跨连续梁拱组合式桥( 主孔矢跨比为l ，4 ) ， 主桥跨径组合为2 4 5 m + 8 0 m + 2 4 5 m ；双塔三跨连续梁自锚式悬索桥，主桥跨径组合为3 0 m + 7 2 m + 3 0 m( 垂跨比为1 1 8 ) ，桥面以上塔高约为9 m 。三个方案的技术经济指标如表1 。方案比较袁1每年方桥面技术经济指标序号桥型方案跨径组合( m )混凝土普通钢材预应力钢材备注 ( m 3 )【k g )( k g )双塔预应力板拉桥3 5 + 6 0 + 3 506 79 42 82 表值仅为上部主体结 2中承式粱拱组合桥2 4 5 + 8 0 + 2 450 7 7 1 0 92 65 构：桥面宽度均为4 0 m3双塔自锚式悬索桥3 0 十7 0 十3 007 51 2 12 43经过组织评议最终确定自锚式悬索桥为海盐塘桥的桥型。考虑到便利上下游侧行人的通行，在主桥 两侧各增设一孔1 6 m 桥跨结构。施工图设计的跨径组合为1 6 m + 3 0 m + 7 2 h a + 3 0 m + 1 6 m ，如图1 、图2 所示。图l 总体布置图立面图( 尺寸单位：e m )图2 横断面布置困( 尺寸单位：椰)三、主桥结构设计1 上部结构设计主桥上部结构为_ ! 跨连续自锚式混凝土悬索桥，由塔柱、主缆、吊杆、加劲梁与桥面铺装等组成。塔柱由四根妇t x j m u l O n u n 钢管位于四角，其间用圆弧状凹彤钢板相连接，构成带圆角、四面呈圆弧形的矩形截面( 2 0 m 2 O m ) ，钢管与钢板问焊接加劲钢筋，并泵送C 4 0 混凝土填心，形成劲性骨架钢筋混凝土塔柱。桥面以上塔柱高度约95 m ，塔顶呈锥体，以便于主缆锚固。锥体顶面预埋钢板，供设置造型雕塑备用，塔根与n n 劲粱固结成一体。2 主缆矢跨比为1 8 ，q ：f L l 构主缆为方程y = 彘+ 0 3 2 7 ，主缆线形为二次抛物线。采用标准强度R i =2 0 0 0 M P a 的钢绞线索，每根主缆由2 1 0 根钢铰线组成，分成3 0 束进行张拉，外套4 2 5 n u n 1 2 n u n 钢管索套，在塔顶分散性张拉锚固后，钢管内压注水泥砂浆填充密实。主缆在边跨梁端及中跨跨中部分与加劲粱浇筑成一体。吊杆采用钢铰线束，由1 6 根钢铰线组成，外套2 0 3 n u n 1 2 r r m a 钢管，钢管下端与加劲梁固结，E 端通过专门设计的索套与主缆钢管连接。吊杆锚具上端用O V M P 型锚，下端用O V M 张拉锚，在粱底单向分批张拉，锚困后压注水泥砂浆填实。由于有相当长度的主缆埋置在梁体内，所蹦吊杆根数较少，每塔两侧共设置五根吊杆。加劲梁为带挑臂的单箱四室钢筋混凝土( C 5 0 ) 箱形梁，桥面中央处粱高1 7 4 m ，箱梁顶宽4 0 咖，底宽为3 4 n ，挑臂长度两侧各3 O m 。顶板厚度为0 2 2 m ，底板厚度为0 ，2 4 m ；腹板厚度主缆锚固处为1 2 m ；中腹板与边腹板分别为04 与0 5 m 。横梁间距为5 0 6 O m ，普通横梁的宽度为0 4 m ，配置8 束预应力钢绞 线( 4 束7 5 2 4 和4 束9 ，1 5 。2 4 ) 束。在箱粱边跨底板与横粱上均设有人孔，在箱梁腹板与底板上设有通风孔。桥面铺装层：机动车道与非机动车道采用钢纤维混凝土( C 4 0 ) ，厚度为6 c m ，人行道采用在小纵梁上搁置横向人行道板，其上铺设地砖，其下空隙处放置各类过河管线。2 下部结构设计主墩采用双锥形墩桩、钻孔灌注桩基础。锥体墩柱顶部为2 5 m 3 0 m ，底部为4 O m 5 o m ，墩高约为4 0 。；承台采用哑铃形，厚度为20 m 。每个锥形墩柱下呈梅花形布置1 0 根钻孔灌注桩，钻孔桩直径为1 0 m ，桩长约6 0 m 。边墩采用双柱式矩形墩，墩柱截面尺寸为1 5 m 1 5 m ，墩高约2 5 m ，哑铃形承台，厚度为20 r n 。每个墩柱下布置四根钻孔灌注桩，桩径为1 0 m ，桩长约6 0 m 。主墩、边墩钻孔灌注桩的桩尖持力层为第6 2层灰绿色粉质粘土层，设计的单桩容许承截力3 8 0 0 k N 。主墩上采用盆式橡胶支座，边墩上采用球冠圆板式橡胶支座。1 设计构思四、主要结构分析要点自锚式悬索桥的主簧受力构件是塔柱、主缆、吊杆和加劲粱。粱体自重及车辆、人群等外加荷载的竖向力，均通过埋设在部分梁体内的主缆和吊杆最终传递给主缆承受，主缆和吊杆是受拉构件。主缆在塔! ! ! ! ! ! 一耋善尘；鋈兰丝茎竺兰盐= 璺盘堇生兰銮堂皇堂堂奎兰鉴圭苎主箜：i ：顶锚同后，其水平分力由中跨、边跨主缆相平衡，其竖向分力由塔柱传至主墩，塔柱主要是受压构件。边 主缆在边跨梁端锚固后，其竖向分力直接传至边墩，其水平分力作用在加劲粱上，成为主梁纵向免费项加力。此外，加劲梁要承受局部梁体与外加荷载引起的弯矩作用，在外加荷载偏载条件下，主梁还将承受扭 矩作用，所以加劲梁是复合受力构件，其承受拉、压等内力值的限度，应首先通过设计主缆的垂跨比大小米控制。根据自锚式悬索桥的这些受力特点，海盐塘桥设计构思方面主要有下述几点：( 1 ) 中跨、边跨主缆在塔顶交叉锚固，为了减小主塔所承受的水平力，应尽可能使中跨、边跨主缆产生的水平力相等，据此来确定中跨、边跨主缆的线形方程。( 2 ) 塔柱承受了梁体和外加荷载的绝大部分竖向力，由于收缩与徐变的影响，在结构内会产生较大的 次内力，对加劲梁的受力很不利，所以塔柱设计采用劲性骨架钢筋混凝土构件，以求降低收缩徐变等次内力的影响。( 3 ) 本桥桥面宽度达4 0 m ，主缆( 吊杆) 间间距为1 9 m ，嗨侧各悬挑l o 5 m 。为满足加劲梁的抵抗外加荷载的弯、扭能力，采用单箱四室箱形粱，以求能提供足够大的抗扭刚度。( 4 ) 主缆的垂跨比采用l ，8 ，目的是为混凝土箱梁提供较大的水平向预加力。如果存外加荷载作用下，箱梁截面内拉应力过大，可通过主缆适量超张拉，来改善加劲梁的受力性能。2 结构分析方法悬索桥的计算理论通常主要有弹性理论和挠度理论两种，前者不考虑结构体系变形对内力的影响，按结构力学的方法计算；后者考虑结构体系变形对内力的影响。对于自锚式悬索桥，在外加荷载作用下，主缆与加劲梁将共同受力。由于计算跨度相对较小，而加劲梁刚度较大，非线性效应的影响甚微。为r验证其准确性，本桥设计时曾采用按弹性理论计算程序和考虑非线性通用程序对外加作用效应进行分析比较，结果两者的差值不超出3 ，说明本桥按弹性理论程序计算是可行的。本桥结构计算采用D r b i c 酶大型程序，分析时考虑了加劲梁升温、降温各2 5 ；顶板升、降温各5 ；收缩徐变三年以及墩桩的不均匀沉降等。整个计算分两步进行，首先根据使塔与主梁承受弯矩最小的原则，将主缆抗弯刚度取小值，求得主缆和吊杆的优化索力，此时的内力即为恒载作用下的结构内力；其次输入主梁的实际刚度值及主缆等的优化索力，计算结构在外加荷截作用下的内力，并据此对局部截面验算配筋。图3 为该桥的计算模式。3 计算结果图3 计算模式图4 为成桥阶段加劲梁的应力图，图5 为正常使用阶段荷载组合I 时的加劲梁上、下缘的应力图。由计算可知，在恒载作用下，加劲粱和塔柱内均不出现拉应力，梁内最大压应力为4 4 2 M P a ，塔柱内劲性骨架的应力为1 2 7 M P a 。在正常使用阶段荷载组合I 时，加劲梁中跨跨中处最大压力应力为4 6 8 M P a ，最大拉应力为一o 2 3 M P a ，支点处最大压应力为5 1 3 M P a ，最大拉应力为一o 6 2 M P a ；塔柱内劲性骨架的最大压 应力为1 3 0 M P a ，无拉应力出现，均满足桥规要求。在外加荷载作用下加劲梁中跨跨中的最大挠度为3 0 r a m ，塔柱顶部的水平位移为9 m m ，均远小于桥规的容许值。主桥的整体稳定性分析系采用A N S Y S 程序进行空间弹性稳定性计算。主缆、塔柱和加劲梁采用空间梁单元，吊杆作为空间杆单元。计算表明，该桥在外加荷载偏载，同时又有风荷载作用的情况下，1 7 0】规划与设计44 2图4 成桥阶段加劲梁的应力图( 单位：胁)圈5 正常使用阶段荷载纽台I 加动粱上、下缘砬力图( 单位M P a J结构将处于最不利状态，此时结构的弹性稳定系数为8 ，6 9 ，满足桥规要求。该桥具有良好的整体稳定性。对比成桥阶段和正常使用阶段的结构内力，可