湖州市旧馆大桥设计与施工实践

宗振希 杨胜

摘要：湖州市旧馆大桥是湖州市旧馆镇跨越长湖申航道上的一座大桥。主桥采用主跨为85m下承式预应力砼系杆拱桥，本文主要介绍主桥拱肋、系杆、吊杆、横梁、桥面系等构造设计技术特点以及施工要点。

关键词：下承式；系杆；拱肋；桥梁设计；桥梁施工

1工程概况

湖州市旧馆大桥位于湖州市旧馆镇，为旧馆镇跨越长湖申航道的主要桥梁之一。桥梁南侧接距长湖申航道约300m处的环形交叉口，北跨越长湖申航道后，设置A、B匝道上下国道G318。本桥主线桥孔跨布置为：5×20（空心板）+86.26（下承式系杆拱）+15+2*16+15m（钢筋砼现浇箱梁），A匝道孔跨布置为5×16（钢筋砼现浇箱梁），B匝道孔跨布置均为3×16（钢筋砼现浇箱梁），本文主要介绍主跨的结构设计特点及施工要点。

2技术标准

1、道路等级: 公路兼城市道路功能；

2、桥梁汽车荷载标准：公路-I级；

3、设计车速：20km/h；

4、地震动峰值加速度0.05g，对应地震基本烈度Ⅵ度；

5、通航标准：III级航道，通航净宽60.0m，通航净高7.0m；

6、主桥宽18.0m，横向布置为1.5m人行道＋15.0m行车道＋1.5m人行道；

3结构设计

旧馆大桥采用计算跨径为85m的下承式预应力砼系杆拱，拱轴线采用2次抛物线，计算矢高f=17m，矢跨比为1/5，见图1。拱肋为“I”字型钢筋砼截面，横桥向布置2片，中距为19.5m，拱上共设15对吊杆，吊杆间距5.3m，人行道布置于拱肋内侧。桥面系由系梁、横梁及预制桥面板组成，系梁为箱形截面，全桥共设置15道中横梁和两道端横梁，中横梁为T型截面，端横梁为箱形截面，系杆、中横梁、端横梁采用固结组成平面框架。主要结构构造如下：

3.1、拱肋及风撑

主桥共设两榀拱肋，拱肋采用等截面“I”字型钢筋混凝土截面，拱肋高1.8m，宽1.5m，腹板宽1.0m，在吊杆处及拱梁交接的端部采用实心截面。

两片拱肋横向间距为19.5m，为保证两拱肋的横向稳定，两拱肋间共设5道一字形风撑，其截面为高0.9m，宽0.5m，腹板厚0.25m的“I”字型钢筋混凝土截面。

3.2、吊杆

每片拱肋共设15根厂制吊杆，吊杆间距为5.3m。吊杆采用73丝φ7高强钢丝（其中边吊杆采用含球面支座的OVMLZM(K)7-73吊杆），外包双层高密度聚乙烯（PE）护套，配套锚具采用PES7-73冷铸镦头锚，吊杆标准强度为1670MPa，吊杆张拉采用单端张拉，张拉端设于拱肋顶部，固定端设于系梁底部。

3.3、系杆

系杆为箱形截面，截面高2.0m，宽1.5m，顶底板及腹板厚均为0.3m，箱内设横隔板，横隔板厚1.0m，共计13道。系杆两端与端横梁及拱肋交汇段为实体。吊杆穿过系杆横隔板锚固于横隔板的下缘。

系杆上下缘均设置4束13φs15.2和4束12φs15.2的钢绞线，根据加载情况分批进行张拉。

3.4、端、中横梁

在两系杆间布置中横梁15道，中横梁采用预制后现浇接缝的方式与系梁连接。中横梁为T形截面，中横梁高度为1.6m-1.785m，腹板宽0.55m，通过横梁高度形成桥面横坡，梁顶牛腿宽0.95m，车行道板直接搁置于横梁的牛腿上。每个中横梁内布设7束7φs15.2钢绞线。

在系杆与拱肋交汇处布置端横梁，端横梁

采用箱形截面，梁高为2.30m-2.48m，壁厚为0.4m，端横梁与拱座及系梁混凝土同时浇筑。端横梁每个腹板内布设5束7φs15.2钢绞线。

横梁均采用两端张拉，张拉端设在系杆的外侧。

3.5、桥面板

桥面板采用钢筋混凝土预制板，预制桥面板采用矩形截面，板宽0.99m，板高0.25m，桥面板间采用铰缝连接。桥面板的跨径为5.3m，与吊杆间距一致。

4计算分析

4.1、计算模型及设计荷载

本桥采用通用有限元软件midas/civil 2010建立计算模型，对施工及成桥阶段进行静力模拟计算。计算模型中（见图2），拱肋、系梁、横梁、横撑部分均采用空间粱单元，吊杆按桁架单元模拟，为了简化计算，桥面板按二期荷载考虑。主桥上部结构离散为451个节点，565个单元，计算模型如下图2。

旧馆大桥上部结构计算主要考虑了以下荷载：

1、结构自重：结构自重采用MIDAS软件计算，混凝土容重取26kN/m3。

2、二期恒载：桥面铺装采用8cm混凝土铺装+10cm沥青混凝土铺装，其中混凝土铺装容重取26kN/m3，沥青铺装容重取24 kN/m3；桥面板荷载、人行道板荷载、栏杆荷载等简化作用于横梁上，其值见表1。

表1 二期恒载表

二期恒载分类 作用于中横梁荷载值 作用于端横梁荷载值

桥面混凝土铺装 11.0 kN/m 4.5 kN/m

桥面沥青铺装 10.6 kN/m 4.4 kN/m

桥面板 34.5 kN/m 14.2 kN/m

人行道板及栏杆 56.7 kN 23.4 kN

3、汽车荷载：公路-I级，4车道加载，同时考虑汽车冲击及偏载的影响。

4、人群荷载：人群荷载根据《通规》，取3.2kN/m2。

5、温度荷载：系统升温20℃,系统降温-21℃；系梁非均匀温度采用顶板升、降温5℃考虑。

6、风载计算：

本工程所在位置百年一遇基本风速为28.6m/s，桥位所在地区地表状况按开阔水面考虑，地表类别按A类取用。根据《公路桥涵抗风设计规范》（JTGTD60-01-2004），可计算出：拱肋从拱底到拱顶横风荷载为2.54kN/m,系梁的横风荷载为2.25kN/m。

4.2、静力及稳定计算结果

经计算，各预应力杆件在短期组合下的拉应力和标准组合下的压应力分别见下表2和表3。

表2 短期组合下各杆件的拉应力结果

杆件 上缘最大拉应力（MPa） 下缘最大拉应力（MPa）

主拱 -3.7 -0.98

系杆 1.44 0.15

中横梁 1.20 0.21

端横梁 -0.46 -2.02

在短期组合下，主拱和端横梁为全截面受压；系杆端部局部有拉应力，最大为1.44Mpa，满足规范要求。

表3 标准组合下各杆件的压应力结果

杆件 最大压应力（MPa） 位置

主拱 -14.26 拱角

系杆 -17.69 近拱角空心部分

中横梁 -12.89 近支点

端横梁 -11.11 近支点

在标准组合下，压应力均满足规范要求。

本桥考虑以下5种荷载工况对本桥进行一类稳定分析：①、自重（包括二期恒载）；②、预应力钢束荷载；③、吊杆张拉力；④、汽车荷载（满布车道荷载考虑）；⑤、成桥风荷载，表4列出了成桥状态下该桥在各荷载工况下的稳定系数，结构的1阶失稳模态为拱肋的面外失稳。

表4 成桥状态特征值计算结果表

组合 稳定系数λ 失稳模态

组合一：① 5.22 面外失稳

二：①+② 5.17 面外失稳

三：①+②+③ 5.14 面外失稳

四：①+②+③+④+⑤ 4.61 面外失稳

结果表明，在成桥运营阶段，全桥稳定性较好，能满足设计使用要求。

5施工方法

由于长湖申航道通航密度高，过往船只吨位大，为尽量减少主桥建设过程中对航道通航的影响，并保证安全，跨航道部分的主桥采用少支架预制安装的施工工艺，见下图3。主桥施工工序为：岸上预制拱肋、系梁、中横梁、风撑、行车道板等→搭通支架（设置防撞墩）→安装支座、现浇拱角段及端横梁→吊装系梁及横梁并现浇接头→张拉系梁第一批预应力及部分端横梁和中横梁预应力→搭设拱肋支架、吊装拱肋及风撑预制段→现浇拱肋及风撑湿接头→拆除拱肋支架、安装吊杆→张拉吊杆至初拉力→安装行车道板→张拉系梁第二批预应力及中横梁、端横梁剩余预应力→第二次张拉吊杆→现浇行车道板湿接头→浇注人行道基座、护栏、人行道板→浇注桥面铺装→张拉系杆第三批预应力→第三次张拉吊杆并封锚→拆除支架。

6 成桥吊杆力检测结果

成桥后，由检测单位对本桥吊杆力进行了检测工作，最终检测索力如下表，检测结果表明：旧馆大桥实测吊杆力上、下游分布均衡；实测值与设计值的误差介于-7.5%~6.4%之间，满足《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80 1/2004)的要求。

7结语：

（1）通过空间建模分析，由于系梁与横梁固结，张拉横梁预应力对系梁和横梁的内力及应力产生叠加影响，同样，横梁通过系梁固结，横梁梁端的边界条件介于固结与简支之间，因此，采用平面杆系不能真实反映结构受力情况。

（2）系梁的高度主要由横梁高度控制，若将本桥人行道置于拱肋外侧，则横梁净跨减少3m，横梁及系梁高度亦有所减少，但由于本桥人行道较窄，采用该方式布置会使主、引桥人行道衔接就不连贯。因此，对于人行道较宽的该类桥梁，可将人行道置于拱肋外侧。

（3）成桥后，由检测单位对本桥成桥吊杆力进行了测试，第一次测试完成后，施工单位根据测试结果进行了吊杆力重张拉调整，通过张拉调整后，本桥实测值与设计值的误差满足相关标准的要求，且桥面线形较好。因此，在以后比较重要的吊杆拱桥施工中，在吊杆力张拉完毕后，有必要对吊杆索力进行检测，根据检测结果，确定是否张拉调整。

参考文献

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。