４８ 桥梁结构 城市道桥与防洪 ２０１１年９月第９期 艾溪湖大桥主桥设计 欧阳锦，曾天宝 （南昌市城市规划设计研究总院，江西南昌３３００３８） 摘 要：艾溪湖大桥是一座３０ｍ＋ｌＯ８ｍ＋３０ｍ三跨连续外倾式四索面下承式钢箱系杆景观拱桥，主桥结构的构成：正交异性板 钢箱梁、钢拱肋、平行钢丝束吊杆及预应力钢绞线系杆。经结构受力分析，该桥各项力学性能、抗风抗震及结构稳定性均满足 现行设计规范要求。 关键词：外倾式四索面下承式系杆拱桥；桥梁设计；力学性能；稳定性 中图分类号：Ｕ４８８．２２＋５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９—７７１６（２０１１）０９—００４８—０３ １ 工程概述 艾溪湖大桥是南昌市“三环十一射”路网骨架 中主要放射性道路北京路——紫阳大道上重要的 城市桥梁，工程线位总体为东西走向，西起北京东 路，东接紫阳大道，横跨艾溪湖，为艾溪湖片区重 要的景观水域，对桥型景观要求较高。 主桥为３０ ｍ＋１０８ ｍ＋３０ ｍ三跨连续外倾式 四索面卞承式钢箱系杆拱桥，以对称倾斜拱结构 与桥外伸出的半圆人行道等相对，寓意“张开双 图２艾溪湖大桥立面图（单位：ｃｍ） 臂、拥抱蓝天”，也预示南昌市美好的未来与日同 辉。１０８ ｎｌ主跨的车行道与人行道之间设计宽７ ｍ的镂空段，既可为人、车之间分离提供安全保 障，减小车辆对行人观景的影响，又可使游人通过 镂空段观看到湖水水面，别有一番风味。 ２．２荷载标准 ２．２．１可变荷载 汽车活载：公路一Ｉ级（双向６车道）。 人群荷载：３．１ ｋＮ／ｍ 。 风荷载：５０ ａ一遇设计基本风速２７．２ ｍ／ｓ。 ２设计标准 ２．１桥型结构布置 体系温度：设计合拢温度为５ ｏＣ～２５ ，推 荐合拢温度为ｌ５℃。极限最高气温为４３．２℃，极 限最低气温为一９．９ ｃｃ。 日照温差：温差效应遵照《公路桥涵设计通用 （１）主桥总长１６８ ｉｎ，全桥处在Ｒ＝１０ ０００ ｍ的 竖曲线内。桥宽４１～７３ Ｉ＇ｌｌ，桥面纵坡０．５％。 （２）上部结构为跨径（３０＋１０８＋３０）ｍ三跨连续 梁拱组合结构，中跨主体为外倾式四索面下承式 钢箱系杆拱桥（见图１、图２）。 规范》。 ２．２．２偶然荷载（地震荷载） 抗震设防烈度为７度。设计基本地震加速度 值为０．１ ｇ，设计特征周期为０．３５ Ｓ。场地类别为 Ⅱ类，设计地震分组为第一组。 ３结构设计 ３．１拱肋 拱肋竖向为叠拱形式，下层主拱肋为受力拱， 上层副拱肋为装饰拱，两拱间以联系件连接。拱肋 为矩形钢箱结构，拱平面向外倾斜比例１：３，主 拱圈在竖直平面内的投影高度为３９ ｍ，装饰拱圈 图１ 艾溪湖大桥景观效果图 收稿日期：２０１１—０６—１０ 作者简介：欧阳锦（１９６８一），男，江西兴国人，高级工程师，从 事道桥设计工作。 在最高点比主拱圈高７ ｍ。拱肋中心线采用抛物 线，主拱肋方程：ｚ＝一０．０１４ ０９８Ｘ ＋４１．１０９ ６１０，装 饰拱肋方程：Ｚ：一０．０１７ ２６２Ｘ２＋４８．４８８ ２５８。主拱肋 及装饰拱肋横截面均为变截面。主拱肋宽自拱冠 ２０１１年９月第９期 城市道桥与防洪 桥梁结构 ４９ 至拱底由１．５ ｍ至２．５ ｍ线性变化，截面高度自 高强镀锌平行钢丝，标准强度为ｆＤｋ＝１ ６７０ ＭＰａ，规 拱冠至拱底由１．３ ｍ至２．０ ｍ按拱轴线水平投影 格为 ５—１９和 ５—９１两种，其中 ５－１９为４２ 方向线性变化，截面四边壁厚相等，壁厚４０ ｍｍ。 根， ５—９１为５０根，全桥共９２根。吊杆外部采用 装饰拱平面倾斜同主拱圈，在竖向平面内的投影 双层ＨＤＰＥ防护，ＨＤＰＥ材质应具有良好的抗老 高度为４６ ｍ，截面宽度同主拱宽度变化，截面高 化性能。钢丝束间需灌注专用防腐油脂。 度均为１．２ ｍ，截面四边壁厚相等，壁厚１４ ｍｍ。 吊杆上部与拱肋的连接端采用叉耳式构造。 拱脚中心距离道路中心线１８．５ ｍ。拱脚底与钢 下部与钢箱梁连接端采用冷铸墩头锚具，并要求 箱梁顶面齐平并由高强螺栓连接在墩顶中横梁上。 配可偏摆的球铰装置、有效的防水结构及索体防 拱肋内设钢板加劲肋。拱肋外露面采用装饰 腐、专用油脂密封防腐构造。 涂料，颜色采用突出江西文化特色的中国红 ３．４系杆 涂刷涂料前必须对拱肋表面进行除锈处理，以保 在主跨车行道钢梁内、拱脚处布置有４组用 证涂料的耐久性。 于平衡拱脚水平推力的系杆，系杆均采用环氧喷 ３．２钢箱主梁 涂非集束钢绞线形式。每个拱侧各有２组，每组 桥面系为三跨连续钢箱梁结构，中跨１０８ ｍ， ４７根钢绞线。钢绞线在钢梁内顺桥方向曲线布 主跨横向由三个钢箱组成，即中间为车行道钢箱、 置，线型与道路线型相同，以每２道横隔梁位置设 两侧为人行道钢箱。车行道钢箱与人行道钢箱间 穿孔式转向器实现曲线布置。由于采用非集束形 通过镂空梁连接。钢箱梁底面无横坡，顶面横坡与 式布置，要求每根钢绞线均设置外挤ＰＥ，每组钢 道路一致。车行道钢箱梁高度由道路设计中心线 绞线外再增设ＰＥ防护套。钢绞线采用单根双向 处２ ｍ渐变到车行道边线位置的１．５９ ｍ，人行道 张拉工艺，锚垫板下设置纠偏装置，锚头防护参照 钢箱粱高度为１．５９ ｍ，顶、底面平行。 可换式钢绞线系杆的保护罩构造。 中跨车行道钢箱有五道纵向腹板，分别在道 ３．５下部结构 路中心线及距中心线９．９２ ｍ、２０．５ ｍ位置，厚度 主桥桥墩采用钢筋混凝土方形柱身、钢筋混 为１４ ｍｍ；人行道钢箱纵向腹板设置于人行道内 凝土承台、钻孔灌注桩基础，一个主墩以道路中心 外边线位置。边跨车行道纵向腹板有九道，间距 线为界分成左右两个桥墩，每个桥墩有２个２．５ ４。９６—５．６２ ｍ。 ｍ×２．０ ｍ方柱组成，２个方柱下设承台，承台下 除在中墩拱脚及边墩支座位置设置横梁外， 为双排８根 １．５ ｍ桩基，承台厚度２．０ ｍ，桩基 顺桥向每３．５—４ ｍ设置一道横梁，横梁腹板厚度 均为嵌岩桩，进入弱风化泥质粉砂岩３．５ ｍ。 １４ ｍｍ。 钢箱梁顶板采用带Ｕ肋的正交异性板结构， ４计算分析 顶板厚度为１６ ｍｍ，根据受力需要，局部顶板加厚 ４．１计算模型 至３０ ｍｍ；Ｕ肋为梯形闭口肋，用８ ｍｍ厚的钢板 静力分析程序采用有限元分析程序ＭＩＤＡＳ 冷弯成形，所有ｕ肋均穿过横肋。钢箱梁底板采 ＣＩＶＩＬ２００６进行计算，主梁、主拱采用空间梁单元 用带平钢板肋的正交异性板结构，底板厚１４ ｍｍ， 模拟，斜拉索采用索单元模拟，全桥共采有１ １０５ 根据受力需要，底板局部加厚至３０ ｍｍ，平钢板肋 个节点，５２个索单元，１２５０个梁单元，３０２个边界 由１４ ｍｍ厚钢板焊接成型（见图３）。 条件，３２个施工阶段，计算结构离散见图４。 图３ １／２箱梁构造图（单位：ｍｍ） ３．３吊杆 吊杆采用防腐平行钢丝束成品索，为 ５ｍｍ 图４计算结构离散图 ５０ 桥梁结构 城市道桥与防洪 系数２１。 ２０１１年９月第９期 ４．２计算结果分析 ４．２．１静力计算 （１）拱脚轴向压力：拱脚最大轴向压力 ｌ８ ５４２．２ ｋＮ。 ５ 结论 （１）外倾式四索面下承式钢箱系杆拱桥结构新 （２）主拱圈 主拱圈最大弯矩为１０ ４７６．１ ｋＮ・ｒｆｌ，主拱单元 最大压应力１４４．９６ ＭＰａ，最大拉应力６７．２ ＭＰａ。 （３）主梁 主跨拱侧主梁最大拉应力３２．７ ＭＰａ，最大压应 力５２．８ ＭＰａ；中纵梁最大拉应力３０．２ ＭＰａ，最大压 应力３６．２ ＭＰａ；中主梁最大拉应力２８．５ ＭＰａ，最大 压应力２７．３ ＭＰａ。 （４）吊杆 主拱内侧吊杆最大拉力９９５．７ ｋＮ。拱外侧吊杆 颖，外形美观，受力合理，充分发挥了拱受压、索受拉 的受力特点，减小了主梁的弯矩和应力，在１００～ ２００ ｍ跨径有较大的竞争了，特别适用于景观水域。 （２）外倾式四索面下承式钢箱系杆拱桥结构 可以采用平面杆系软件计算，但是由于拱肋外倾 和钢箱梁剪力滞效应的影响，应采用空间模型对 主拱的应力、整体稳定性和主梁应力进行分析。 （３）计算结果验证了本桥的方案时可行的，是 符合景观水域的较好方案。 最大拉力１２３．５ ｋＮ。吊杆安全系数大于３。 （５）系杆 参考文献 ［１】李存权．结构稳定与稳定内力［ＭＪ．北京：人民交通出版社，２００１． 拱一侧系杆最大轴力２×４ ０００ ｋＮ，应力为 ３０４ ＭＰａ。 【２】程鹏．圆弧拱平面内弯曲失稳一般理论［ＪＪ＿工程力学，２００５， ２２（１）：９３－１０１． （６）人行道纵梁 ［３】华少中，等．考虑水平荷载作用的大跨径钢管混凝土拱桥稳定 分析『Ｊ】．中南公路工程，２００４，２９（３）：３３—３７． 【４】陈宝春，等．钢管混凝土拱空间受力性能分析【Ｊ】＿福州大学学报， ２００６，３４（５）：７３２－７３８． 人行道纵梁最大拉应力３８．１４ ＭＰａ，最大压应 力ｌ９．９６ ＭＰａ。 ４．２结构稳定性分析 【５】杨勇翔，等．拱结构稳定理论的发展 ．山西：山西建筑，２００７， ３０（４）：２７－２８． 采用通用程序ＭＩＤＡＳ ＣＩＶＩＬ２００６进行分析。 ［６】项海帆，刘光栋．拱结构的稳定和振动［Ｍ】．北京：人民交通出版 社．１９９１． 考虑压杆的几何刚度，计算拱圈的拱冠、四分点和 八分点处的平面内和平面外位移。主拱失稳安全 ［７］项海帆．高等桥梁理论【Ｍ】．北京：人民交通出版社，２００１． （上接第２４页） 回归系数有所变化，新的回归系数为Ａ＝０．８４， Ｂ＝０．８２。 参考文献 【１］蔡基伟．石粉对机制砂混凝土性能的影响及机理研究【Ｄ】．武 汉：武汉理工大学，２００６． （２）从图３可知，机制砂混凝土的２８ ｄ抗压 强度要高于黄砂混凝土，并且灰水比Ｃ／Ｗ越大 （水灰比Ｗ／Ｃ越小），这种趋势越明显。 （３）由于机制砂在该项目仅应用在中低强度混 凝土中，以致研究范围有限，该线性回归关系仅适 用于中低强度机制砂混凝土。对于高强机制砂混凝 土，还应当再另外进行研究。 【２］ＧＢ／Ｔ １４６８４—２００１，建筑用砂【ｓ］． ［３］徐健，蔡基伟，王稷良，周明凯．人工砂与人工砂混凝土的研究现 状［ＪＪ．国外建材科技，２００４，２５（３）：２０—２１． ［４］蔡基伟．石粉对机制砂混凝土性能的影响及机理研究【Ｄ】．武 汉：武汉理工大学，２００６． ［５】武汉理工大学．机制砂在混凝土中应用技术指南【Ｍ】．北京：人 民交通出版社．
