龙湾大桥主塔设计

2012-09-25俞雷

城市道桥与防洪 2012年4期

俞雷

（上海现代建筑设计（集团）有限公司，上海市200041）

1 概述

龙湾大桥及引道工程位于广东省佛山市禅城区南庄镇及南海区西樵镇，路线起于西樵镇的樵金路崇民路交叉口，路线朝东北方向延伸，跨越顺德水道之后继续向东北方向前进与罗南大道交叉，之后沿罗南大道延伸直至紫洞路交叉口，全线长约4.3 km。

龙湾大桥主桥跨越顺德水道，是整个工程的关键性控制节点。龙湾大桥主桥采用跨径30 m+125 m+290 m+125 m+30 m=600 m预应力混凝土双塔双索面斜拉桥，主塔分别立于西樵侧和南庄侧浅水区，边跨分别跨越西樵和南庄两侧大堤，锚墩和边墩立于岸上，满足水利部门对大堤保护的要求。该桥采用预应力混凝土双塔双索面斜拉桥，塔墩固结、主梁半飘浮结构体系。图1为主桥布置。

2 主塔结构设计

2.1 塔身

主塔为钻石A型空间索塔，主塔总高98 m，塔顶标高为100 m，桥面以上高度约为79 m。主塔锚固区采用等截面形式，单室箱形断面，横桥向宽度4 m，壁厚1.2 m，顺桥向宽度6.8 m，壁厚0.7 m。

中、下塔柱采用变截面单室箱形断面，尺寸从4.0 m×6.8 m变化至塔底5.0 m×8.5 m，壁厚从0.7×1.2 m变化到1.2×2.2 m。主塔锚固区四周设凹槽，增强塔柱立体感，改善景观效果，同时可以避免环向预应力张拉槽切断塔柱主筋；中、下塔柱采用矩形断面。图2为主塔结构图。

主塔采用C55混凝土，塔内设有劲性骨架，以便于施工定位。塔柱内设有爬梯和人孔，方便养护检修。

2.2 上、下横梁

主塔上横梁采用箱形断面，高度4.0 m，宽度5.1 m，两侧各比塔柱小0.85 m，以形成鲜明的层次感，顶板、底板和腹板厚度均为0.5 m。横梁内共配置8根Φs15.2-12的直束。

主塔下横梁采用箱形断面，高度4.0 m，宽度6 m，顶板、底板厚度为0.5 m，腹板厚度0.55～1.0 m，主梁支座下面设厚度1.0 m横隔板。横梁顶、底板内共配置40根Φs15.2-15的直束，腹板内共配置20根Φs15.2-19竖弯束，横梁钢束根据斜拉桥施工过程分批张拉。图3为主塔横梁结构图。

2.3 索塔锚固区

主塔锚固区采用预应力平衡斜拉索水平分力，为Φs15.2 mm预应力钢绞线环形钢束与JL32 mm精轧螺纹钢筋直线束相结合的锚固方式（见图4、图5）。拉索锚固局部构造设混凝土垫块，垫块表面用钢板外包。预应力张拉槽位于塔柱凸起部分，避免切断塔柱主钢筋，方便施工。

2.4 附属结构

为了便于运营期间对主塔、拉索的检修和维护,主塔下横梁顶面设置了人孔，进入横梁后人员可以走通塔内各个空间。主塔内部从塔底至塔顶高度范围内设有爬梯和平台，通过爬梯可至每根拉索。塔顶设吊挂检修设备、塔顶航标灯、避雷针等。塔顶雨水通过布置在主塔内的排水管排入江中。

3 主塔结构计算分析

3.1 主塔总体计算

3.1.1计算工况

主塔结构计算分施工阶段和使用阶段计算。施工阶段对裸塔、最大双悬臂、最大单悬臂3个状态进行计算，考虑施工荷载、风荷载等。

图1 龙湾大桥主桥布置（单位：m）

图2 主塔结构图（单位：m）

图3 主塔横梁结构图（单位：m）

图4 直线束平面布置图（单位：cm）

图5 U形预应力束平面布置图（单位：cm）

使用阶段考虑的荷载组合如下：

组合一：恒载+活载+预应力+收缩+徐变；

组合二：组合一+体系温差+索与梁，塔温差+塔左右温差+梁上下温差+制动力；

组合三：组合一+静风荷载（桥面风速25 m/s）；

组合四：组合一+体系温差+索与梁，塔温差+塔左右温差+梁上下温差+静风荷载（桥面风速25 m/s）+ 制动力；组合五：恒载+预应力+收缩+徐变+地震；组合六：恒载+预应力+收缩+徐变+静风荷载（100 a一遇）；

组合七：组合一+支座变位+施工误差；

组合八：组合一+体系温差+索与梁，塔温差+塔左右温差+梁上下温差+静风荷载（桥面风速25 m/s）+支座变位+施工误差。

3.1.2结构受力

主塔顺桥向、横桥向受力由组合二或组合四控制。主塔抗剪验算主要由组合五控制。表1为主塔控制断面截面应力。

根据总体计算，结构受力满足承载能力极限

表1 主塔控制断面截面应力（单位：MPa）

状态设计和正常使用极限状态设计要求。

3.2 索塔锚固区计算

3.2.1平面模型计算

主塔锚固区平面计算采用框架模型（见图6），节段长1.75 m（塔上标准索距），取25#索处配束（索力标准组合750 t，水平角29°），锚固区配束为19Φs15.2 mm预应力钢绞线环形钢束与JL32 mm精轧螺纹钢筋直线束相结合。计算中井字预应力和环向预应力的永存预应力分别为0.65fpk和0.4fpk。