威海市双岛湾科技城一号桥工程总体设计.pdf

第4期（总第186期） 2016 年 8 月 CHINA MUNICIPAL ENGINEERING No.4 (Serial No.186) Aug. 2016 15 威海市双岛湾科技城一号桥工程总体设计 李 永 君，刘 思 维，俞 雷 上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海 200092 1 工程概况 本工程位于山东省威海市双岛湾科技城创新中 路，起点桩号 K4+708.5，跨越规划河道，终点桩 号 K5+006.5，桥梁全长 298 m，无引桥。按城市 次干路标准设计，设计速度 40 km/h，双向 4 车道， 车道宽度 3.5 m，两侧布置人非混行道 1。桥梁效 果图见图 1。 图 1 桥梁效果图 1.1 自然条件 威海地处山东半岛东端，濒临黄海，属低山丘 陵区，临近海湾平原及冲洪积平地。桥位场地处于 滨海泻湖地貌单元，处在小河入海口，咸淡水分界 区。桩基础按嵌岩桩设计，以微风化片麻岩为桩端 持力层。 1.2 建设标准 道路等级 ：城市次干路 ；设计行车速度 ： 收稿日期：2016-04-28 第一作者简介：李永君（1978），男，高级工程师，工学 硕士，主要研究方向为桥梁设计。 摘要：威海市双岛湾科技城一号桥工程桥梁全长 298 m，采用中跨为 158 m 的混合梁自锚式悬索桥。主梁中跨采用钢 - 混组合梁，边跨采用预应力混凝土梁，中间设置有格室后承压板式钢 - 混结合段。此种组合方式国内外尚无先例，重 点介绍该工程总体设计。 关键词：自锚式悬索桥；总体设计；混合梁；组合梁；钢 - 混结合段 中图分类号：U448.25 文献标志码：A 文章编号：1004-4655（2016）04-0015-03 DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2016.04.005 40 km/h ； 汽车荷载 ： 城 -A 级 ； 桥梁设计基准期 ： 100 a ；设计洪水频率 ： 1/100 ； 设计水位 ： 2.43 m （1985 国家高程） ；设计安全等级 ：一级 ；结构环 境类别 ： 类 ； 设计风速 ： 百年一遇，V10 = 37.61 m/s ；抗震设防烈度为 7 度，抗震设防措施等级按 8 度，水平地震动峰值加速度 0.1g； 抗震设防分类： 甲类 ；通航标准 ：级航道，通航净高 2.5 m，净 宽 40 m，最高通航水位 2.12 m（1985 国家高程） 。 1.3 总体布置 桥梁采用 31.5 m + 38.5 m + 158 m + 38.5 m + 31.5 m= 298 m 混合梁自锚式悬索桥。采用山字形 门式钢筋混凝土主塔，主梁中跨为双边箱钢 - 混 组合梁，边跨为双边箱预应力混凝土梁，中间设 置钢 - 混结合段。主缆中跨设计垂跨比为 1/6，主 缆最低点距离桥面 4 m，吊索间距 9 m。采用满樘 支架、先梁后缆的施工方法。桥梁总体布置示意 图见图 2。 31 500 38 500 158 000 38 500 31 500 PM0 PM1 PM2PM3 PM4 PM5 4 800 88 000 9 250 103 500 9 250 88 000 4 800 图 2 桥梁总体布置示意图 桥梁采用整幅式布置，主梁标准宽度： 5 m（人 非混行道）+ 2.5 m（吊索区）+ 0.5 m（防撞栏）+ 16 2016 年第 4 期 李永君，刘思维，俞雷：威海市双岛湾科技城一号桥工程总体设计 0.25 m（路缘带）+ 23.5 m（机动车道）+ 0.5 m （中央分隔带）+ 23.5 m（机动车道）+ 0.25 m（路 缘带） + 0.5 m （防撞栏） + 2.5 m （吊索区） + 5 m （人 非混行道）= 31 m。 1.4 结构体系 桥梁采用五跨连续半漂浮体系，在每个支点位 置设置支座以限制主梁的竖向位移，桥台、辅助 墩及主塔位置支座单侧约束横向，纵向位移均不约 束。在主塔位置设置纵横向阻尼器，起到在地震荷 载下的减震耗能及限制位移作用。 2 设计构思 威海是国内著名的滨海旅游城市，双岛湾科 技城三面环山一面临海，地理位置得天独厚。在 综合考虑功能、景观、通航、造价等因素后，经 过多轮方案比选，最终确定以“山海之门”为主 题的自锚式悬索桥为本工程的实施方案 2。对于悬 索桥，桥塔造型是桥梁景观的核心要素。桥塔由 2 根主塔柱和 2 根副塔柱构成，通过三段直线横梁 和弧形横梁， 4 根塔柱组成“山”字形的门式桥塔。 威海地处 7 度地震区，桥梁抗震要求高，山字门 形塔抗震性能优越，兼顾美学和受力的要求。桥 梁景观构思图见图 3。 图 3 桥梁景观构思图 鉴于国内钢桥面铺装普遍存在的质量问题，钢 主梁在设计中被首先排除。设计过程中充分比较预 应力混凝土主梁方案和中跨采用钢 - 混组合梁、边 跨采用混凝土梁的混合梁方案。中跨采用钢 - 混组 合梁，可以降低主梁自重进而减小边跨负反力 ； 边 跨采用混凝土梁，避免复杂的钢结构锚固构造，方 便施工。混合梁自锚式悬索桥在性能、施工和造价 上均具有明显优势，最终选用混合梁方案作为本工 程实施方案。 3 主塔及基础 桥塔采用山字形门式钢筋混凝土主塔，主塔柱 两侧分设副塔柱。主塔柱高 43.8 m，副塔柱高 28 m， 主塔采用牛腿结构支撑加劲梁。考虑景观的整体协 调，主塔柱及副塔柱均采用相同的实心矩形断面， 并设置联系横梁。主塔构造示意图见图 4。 a）主塔正立面 b）主塔侧立面 图 4 主塔构造示意图 主塔承台为哑铃形钢筋混凝土结构，两端设置 圆端形，以减少水流阻力。承台顺桥向尺寸 13 m， 横桥向尺寸 45 m，厚度 3.5 m，下设 1.0 m 封底混 凝土。 承台共设置12根直径2.2 m钻孔灌注桩基础。 4 主梁及钢 - 混结合段 中跨 103.5 m 范围内采用钢 - 混组合梁，桥面 板与钢结构之间通过剪力钉相结合。钢结构由纵 梁、横梁、挑梁及小纵梁共同组成钢梁格体系，均 采用 Q345qD 钢材。主纵梁由 2 片箱形边纵梁组 成，横向中心距为 19 m。每片纵梁箱宽 5.5 m，梁 高 2.036 2.119 m，顶底板厚度均为 16 mm，腹板 厚20 mm， 箱梁每隔4.5 m设置一个实腹式横梁隔板。 横梁采用“工”字型断面，顺桥向标准间距 4.5 m， 横梁上翼缘设双向 1.5% 横坡， 梁高 2.119 2.220 m。 混凝土桥面板分为预制和现浇部分，根据小纵梁、 主梁及横梁划分桥面板，横向分为 4 个预制板、 3 道现浇缝。剪力钉采用材质为 ML15 的电弧螺柱 焊用圆柱头焊钉，焊钉直径 22 mm，标准钢梁顶面 焊钉长 200 mm。中跨叠合梁标准横断面图见图 5。 图 5 中跨叠合梁标准横断面图 17 2016 年第 4 期 边跨 88 m 范围内采用预应力混凝土梁，标准 横断面为 2 个单箱单室箱梁断面，箱梁中心横向距 离 19 m。主梁标准宽度 31.0 m，主塔处宽度 36.1 m， 边墩处宽度 31.0 m。每侧箱梁标准底板厚 5.5 m，顶 板厚 0.28 m，底板厚 0.22 m，腹板厚 0.8 m，结构中 心线处梁高 2.5 m，悬挑长度为 3.25 m 主梁采用 C60 高性能混凝土，纵向、横向均按部分预应力 A 类构 件设计，桥面板按钢筋混凝土构件设计。边跨预应 力混凝土梁标准横断面图见图 6。 图 6 边跨预应力混凝土梁标准横断面图 钢 - 混凝土结合段长 9.25 m，按有格室后承压 板式钢筋混凝土棒剪力键群（以下简称开孔板）布 置。结合段钢箱内划分为 8 个格室，每个格室均设 置开孔板和剪力钉连接件，开孔板板厚 20 mm，纵 向开孔间距 250 mm，开孔板孔径 75 mm，内穿钢 筋直径 25 mm。剪力钉采用材质为 ML15 的电弧螺 柱焊用圆柱头焊钉，焊钉直径 16 mm，长 100 mm， 纵向标准间距为 250 mm。结合段通过开孔板和剪 力钉逐步将混凝土梁的内力均匀传至钢 - 混组合 梁。钢 - 混结合段内填充混凝土采用 C60 低收缩 混凝土。钢 - 混结合段立面构造图见图 7。 图 7 钢 - 混结合段立面构造图 5 缆索系统 主缆采用平行双索面布置，PPWS 法工厂预制 平行钢丝索股，每根主缆含 19 股平行钢丝索股， 每股含 127 丝直径为 5.35 mm 的镀锌高强钢丝，抗 拉强度 1 670 MPa，热铸锚，安全系数 K 2.5。 考虑受力特点、材料性能、制造加工、安装维 护、后期更换等影响因素，吊索上端与索夹为销接 式连接，下端与主梁采用锚管承压方式连接。采用 垂直吊索形式，每个吊点为单吊索，吊索采用预制 平行钢丝束股，钢丝采用直径为 7.0 mm 的镀锌高 强度钢丝，抗拉强度 1 770 MPa。 主索鞍材料采用 ZG270-480H。鞍体下设不锈 钢板 - 聚四氟乙烯板滑动副，以适应施工中的相对 移动。为增加主缆与鞍槽间的摩阻力，方便索股定 位，鞍槽内顺桥向设竖向隔板，在索股全部就位并 调股后，在顶部用锌块填平，再将鞍槽侧壁用螺栓 夹紧。塔顶设有格栅底座，以安装主索鞍。 散索鞍材料采用 ZG270-480H。散索鞍本体由 上部散索套和下部支撑鞍体组成，散索套分为等直 径的摩阻段 ( 包含转索功能 ) 和变直径的散索段， 每段均为上下对合结构，用高强螺杆连接紧固。 索夹材料采用 ZG20Mn，采用上下对合的结构 形式，上、下两半索夹用螺杆相连并夹紧于主缆 上。全桥索夹共分三大类 ： 连接主缆与吊索的吊索 索夹 ； 散索鞍入口处的紧箍索夹 ； 主索鞍出口处安 装缆套的锥形封闭索夹。 6 结语 威海市双岛湾科技城一号桥工程桥梁主梁中跨 为双边箱钢 - 混组合梁，边跨为双边箱预应力混凝 土梁，中间设置有格室后承压板式钢 - 混结合段， 国内外尚无先例，技术特色鲜明 3。设计过程中针 对钢 - 混结合段开展专题科研工作。本桥已完成施 工图设计工作，即将施工。该桥的建设将进一步丰 富自锚式悬索桥的种类，为组合桥梁设计提供有益 的借鉴。 参考文献 : 1 上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司 .