贵阳市黔灵大桥设计特点
2017-04-24
1.工程概述
贵阳市黔灵大桥是连接贵阳老城区至金阳新区的贵金线上的一座大跨连续刚构桥。主桥上部构造为110＋2x190＋110m四跨预应力混凝土连续刚构，全桥分左、右幅结构各自独立，主桥桥墩最高59m。该桥正交跨越黔灵公园内小关水库，桥位段河流最高洪水位1107.6m，河水位最大变幅3m，多年平均流量13.8m3/s。桥位下伏基岩为弱风化钙质泥岩。桥位区属亚热带湿润季风气候，年平均气温为15℃，极端最低气温为-7.8℃。
2.主要技术标准
⑴道路等级及计算行车速度：城市主干路I级，计算行车速度60km/h。
⑵设计荷载：
机动车道：采用公路-Ⅰ级汽车荷载；
人群荷载：5.0kN/m均布荷载或1.5kN集中荷载。
⑶桥宽：2×（0.25m人行道栏杆+0.75m检修道+12m机动车道+0.5m防撞栏杆），桥面宽度为27.5m。
⑷地震烈度：区域震动反应谱特征周期为0.35S，地震动峰值加速度小于0.05g。
⑸设计基准期100年，设计安全等级一级。重要性系数1.1，环境类别I类。
⑹设计最大风力：由于桥位处无实测值，设计按规范取值。
⑺设计温度：设计合拢温度为15±3℃。
3.总体设计
桥位处于贵阳市区，具备相对较好的运输条件，桥型方案设计过程中，力求体现技术先进可靠、经济合理适度、施工方便可行、使用安全耐久、人文景观协调的原则，并结合初步设计专家评审意见，主桥选择连续刚构桥方案，桥跨布置以施工安全可靠为中心；引桥采用一次落架的预应力混凝土连续箱梁桥方案。
4.主桥结构设计
4.1 箱梁构造设计
上部结构为预应力混凝土连续刚构箱梁，箱梁根部梁高11.25m，跨中梁高4m，顶板厚25cm，底板厚从跨中至根部由32cm变化为150cm，腹板从跨中至根部分3段采用50，70，120cm三种厚度，箱梁高度和底板厚度按1.5次抛物线变化。箱梁典型断面见图1。箱梁顶板横向宽13.5m，箱底宽7.0m，翼缘悬臂长3.25m。箱梁0号节段长15m（包括墩两侧各外伸2m），每个悬浇""T""纵向对称划分为21个节段，梁段数及梁段长从根部至跨中分别为6×3.5m、5×4.0m、10×4.5m，节段悬浇总长88m。悬浇阶段最大控制重量2627.3kN。边中跨合拢段长均为3m，边跨现浇段长13.34m。0号块横隔板底面厚度250厘米、顶面厚度150厘米。另中跨跨中设置一道横隔板。并且在横隔板上均设有人洞。为保持箱内干燥，在箱梁根部区段底板上设有排水孔。箱梁采用C55混凝土。
图1箱梁典型断面构造图（单位：cm）
4.2 箱梁预应力体系
结合结构分析和工程经验，设计人员对主桥上部结构按全预应力混凝土构件设计，采用三向预应力。W1~W20(W1’~W20’)及T1～T21(T2’~T18’)及PT为单T悬浇段顶板束及预留管道（每个T相同），ST1~ST2为边跨现浇段顶板束，CT为中跨合拢段顶板束。SB1～SB7及PSB为边跨底板束及预留束，CB1～CB13为中跨底板束，预应力束布置图见图2。
图2纵向预应力束布置立面图（单位：cm）
纵向预应力钢束共设置了腹板束、顶板束、中跨底板束、边跨底板束、合拢束和预备束共六种，均采用两端张拉，腹板束、顶板束和预备束采用φS15.2－19和φS15.2－15，相应锚具采用M15-19型和M15-15型；中跨底板束和合拢束分别采用φS15.2－22和φS15.2－6，相应锚具采用M15-22型和M15-6型。边跨底板束采用φS15.2－15和φS15.2－19，相应锚具采用M15-15型和M15-19型。预备束孔位预留，钢束根据施工情况予以设置。
顶板横向预应力束采用φS15.2-2，逐根张拉，设计张拉吨位195.3kN，采用一端张拉方式，相应的预应力锚具张拉端和锚固端分别为M15B-2，沿桥轴线50厘米左右间距布置，张拉端和锚固端交叉设置。
0号梁段横隔板、边跨端部横隔板横向预应力筋采用JL32，设计张拉吨位673.2kN，采用一端张拉方式，相应锚具为YGM-32。
竖向预应力钢筋长度大于9米的采用φS15.2－2，设计张拉吨位391.1kN，相应锚具采用M15B-2型（张拉端）和M15P-2（锚固端），预应力钢筋长度小于9米的采用JLl32精轧螺纹粗钢筋，设计张拉吨位673.2kN。相应锚具为YGM-32，竖向预应力钢筋采用梁顶一端张拉方式。
4.3 下部构造
主桥桥墩墩身采用两端刚性固接的钢筋混凝土双柱式柔性墩，纵向由两片薄壁墩组成，墩间设置横系梁，每片薄壁墩的下段为矩形实心截面，上段为矩形空心截面，横桥向宽7.0m，顺桥向厚2.8m，两片墩间净距为5.4m，墩身外侧距离11.0m。主引桥间过渡墩为钢筋混凝土墙式墩、桩基础，承台厚5m，每个承台下布置3x4=12 根桩，桩径2.3m，嵌入微风化基岩15m以上。主桥墩身采用C50混凝土，过渡墩墩身采用C30混凝土。
5.结构计算
5.1 主桥纵向受力计算
主桥施工及运营阶段的纵向受力计算采用《桥梁博士V3.03》主算，《公路桥梁结构设计系统GQJS V9.2》校核计算，动力及抗震分析采用ANSYS软件。施工流程为：下部结构施工完成后，在墩旁托架上浇筑0号块，其余块件（除合拢段及边跨现浇段外）均以挂篮悬臂对称浇筑，并张拉各阶段预应力钢束，直至最大悬臂；然后按先边跨后中跨的顺序依次合拢；最后进行桥面系施工。按此流程逐阶段计算结构各截面内力、应力和位移，每个悬臂的施工包括挂篮就位、梁段浇筑、张拉预应力及挂篮前移等4个子阶段。成桥运营计算包括恒载、活载、支点沉降及温度等工况，按新规范进行最不利荷载组合。
计算参数：合拢温度为15℃，体系升温25℃，体系降温20℃，箱梁顶板升温15℃及顶板降温8.8℃。不均匀沉降按10mm计算。
计算结果：在最不利荷载组合下，箱梁上缘最小应力为压应力1.34MPa，箱梁上缘最大应力为压应力17.5MPa；箱梁下缘最小应力为压应力1.71MPa，箱梁下缘最大应力为压应力14.6MPa。计算表明，主梁截面抗裂验算、抗压验算、承载能力强度验算等均满足规范要求。
5.2 主桥横向计算
箱梁横向按框架计算，分别取根部、1/4L以及跨中断面建立计算模型。活载按最不利情况分别在顶板跨中和挑臂根部布载计算内力。经计算，横向预应力采用Φj15.24mm的预应力钢绞线，BM15-3扁锚体系，设计单根张拉吨位169kN，采用单端张拉方式。
6.设计特点
从上世纪七十年代始，连续刚构桥在我国桥梁界得到推广，跨径越来越大，结构体系构造措施日趋合理完善，本桥的主跨跨径和桥梁长度已在国内同行业中处于前列。从已建连续刚构桥使用运营情况来看，病害不时出现，主要是主跨跨中的下挠，以及存在一些裂缝，尤以斜裂缝为普遍。虽然不至于影响结构正常使用，但裂缝的长期存在必将影响结构的耐久性能。我院设计人员根据业内资料分析，在设计中采取了相应对策：
⑴适当延长箱梁节段施工周期以减小混凝土后期徐变。规定所有预应力施加都应该在箱梁混凝土养护龄期不小于5天进行，每个节段的完整施工周期为10天。
⑵增大跨中预拱度的设置。影响梁的挠度因素较多，且有不确定性及长期性，因此收缩、徐变完成按10年考虑。
⑶正确布置预应力束，尤其是弯起束以确保有效的预应力。本桥设计中从根部到接近跨中都设置了弯起预应力束，且针对布置下弯束和不布置下弯束2种情况进行了对比计算，计算表明布置了下弯束后可有效减小截面的主拉应力，提高箱梁斜截面的抗剪承载力。
⑷中跨跨中设置了1道厚0.6m的横隔板，能有效抵抗底板纵向预应力束产生的径向力，避免跨中底板产生纵向裂缝。
贵阳市黔灵大桥是目前国内市政工程中较大的特大型连续刚构桥梁。通过先进的计算分析和有关的课题研究，精心设计，努力创新，使该桥上下部结构尺寸合理、比例协调，全桥气势宏大，庄重沉稳又不失轻盈美观，符合安全、经济、实用、美观的原则，现已竣工通车。相信本桥的成功建设经验，将对我国国内同类桥梁建设提供有益参考。
参考文献
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[2]楼庄鸿.对预应力混凝土连续刚构几个问题的认识[A].中国公路学会桥梁和结构工程分会2004全国桥梁学术会议论文集[C].
[3]JTG D60-2004.公路桥涵设计通用规范[S].
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