曾应祝 郝柳青

（核工业西南勘察设计研究院有限公司， 四川 成都 610000；西华大学土木建筑与环境学院 610039）

1 概况

1.1 工程概况

某斜拉桥位于城市商业核心区，上跨河流，主桥为（38.5+71+38.5）m三跨双塔双索面预应力混凝土斜拉桥，桥型布置如图1所示。

该桥采用双主梁形式，桥宽22m，采用墩塔梁固结体系，主梁梁高1.44m，边肋宽度为1.3m。横隔板间距为6m，厚度为30cm，墩顶横梁宽度为1.5m。在边跨设有1m长的实体段，主梁顶板厚30cm，设双向2%横坡，横梁均设有预应力钢绞线束，设计荷载为城市-A级，人群荷载为3.5kN/m2，主梁横断面及横向布置如图2所示。

桥塔总高22.5m，主墩高20m，均为 图2 主梁横向布置图（尺寸单位：cm）

钢筋混凝土实心矩形截面，承台下采用钻孔桩组成群桩基础，如图 3所示。斜拉索为双索面，单排布置在人行道上，每个塔上采用5对10根斜拉索，全桥共计40根。

该桥在最初设计时未考虑景观效果，桥梁线条过于平直，线形缺乏韵律变化，与当地商业核心区的整体建筑风格大相径庭，因此需要进行桥梁景观改造设计[1]。

图3 桥墩及桥塔布置(尺寸单位:cm)

1.2 主要病害

在经过了长期使用后，该桥主要存在如下病害：

（1）开裂现象：跨中部位的主梁开裂较为严重，横梁、顶板、下塔柱边缘角处局部也存在开裂现象。

（2）主梁混凝土抗压强度测定值不符合设计强度C50要求。

（3）承载能力：主梁跨中部分、墩塔梁固结处及桥墩顶的承载能力不能满足现行设计规范的要求。

（4）裂缝：桥塔裂缝最大0.19mm，桥墩顶最大裂缝0.28mm，桥墩底最大裂缝0.21mm。

2 优化方案设计

在对该桥进行景观优化设计时，还需同时解决桥梁存在的上述病害，这对改造设计提出了更高的要求。

2.1 增加截面

增加截面法[2-4]是在桥梁承载能力不足时采取的常规加固方法。但是，在已有的一些工程实践中，结构截面增大后，严重破坏了桥梁的景观效果，在本文研究中，对使用增大截面法来提高承载力和提升桥梁景观效果之间做了优化考虑[5-6]。

（1）主梁部分：边跨下缘增加60cm、外侧30cm、内侧25cm的U形截面，如图4所示。中跨底缘增加40cm、外侧30cm、内侧25cm的U形截面，如图5所示。中墩墩顶底缘增加200cm、外侧30cm、内侧75cm的U形截面，中墩增加截面至边、中跨增加截面之间设1750cm的过渡段，增加截面采用C50自密实混凝土。布筋原则如下：加大截面植筋均采用Φ20钢筋，纵向间距45cm，分段处及桥墩两侧13.75m范围内加密至30cm。底部纵向钢筋采用Φ32钢筋，布置间距10cm，除桥墩两侧7.625m及端部6.5m范围内采用单层布筋外其余梁段均采用双层布筋。从图 6可以看出，采用增大截面的方式后，主梁高度呈曲线变化，解决了原结构主梁平直线条与周围建筑景观不协调的问题。同时，截面的增大原则符合结构受力要求，实现了力与美的协调统一。

图4 边跨跨中截面（尺寸单位：cm）

图5 中跨跨中截面（尺寸单位：cm）

（2）下部结构：桥墩四周全高范围内增加50cm厚(截面采用C40混凝土)，承台增加120cm厚(截面采用C40混凝土)，并且在墩塔梁固结处增加圆弧形倒角，采用流畅的线条进一步加强桥梁的建筑美学效果，如图7所示。

2.2 调整索力

斜拉索作为斜拉桥的重要景观表达元素，在本次优化设计中，未对斜拉索布置和数量进行调整。但是，根据桥梁实测结果，

图 8钢束立面布置图（尺寸单位：cm）

图7 桥墩、承台增加截面图（尺寸单位：cm）

3 有限元分析

采用有限元计算软件[8]，对该桥进行了景观改造后的有限元分析。根据施工阶段、斜拉索锚固位置及横隔板位置将全桥上部结构分为78个单元, 墩底采用固结，梁端采用竖向约束，墩塔梁固结采用共节点,并考虑7200天的收缩徐变，有限元模型如图10所示。

图 10有限元模型

对斜拉索的索力进行了调整，以优化结构受力[7]

2.3 增加预应力钢束

图 9钢束横断面布置图（尺寸单位：cm）

中跨跨中14m范围内每根主梁增加两束Φ10-Φ15.2预应力钢束，如图8及图9所示。这一措施在提高桥梁的力学性能的同时，并未对其景观效果造成改变。

3.1 应力验算结果

按上述条件建模并进行施工阶段、使用阶段对结构进行验算[9-10]。验算结果表明，在景观改造完成后，结构不会出现混凝土受拉的情况。同时，改造完成后，梁顶最大压应力为10.6MPa，梁底最大压应力为14.5MPa。与改造前相比，结构应力状态有明显的改善。

3.2 梁体抗弯承载能力计算结果

采用整体截面计算结构抗弯承载能力，按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）[3]第5.1.5条γ0S≤R 验算。荷载效应均小于等于构件承载力设计值，满足规范要求，计算结果如图11所示。

图 11正截面抗弯承载能力验算结果

4 结论

在已有的很多桥梁改造设计工作中，更多的是把桥梁改造作为一个工程学问题加以处理。对于城市桥梁，由于景观效应的需求，结合多学科视野，进行桥梁景观改造设计日益受到桥梁工作者的重视。在本文的研究中，针对这一问题，对某既有城市混凝土斜拉桥的景观风貌提升、病害处置及结构性能的改善进行了统筹思考，工作可为今后城市桥梁的改造设计工作提供参考。

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[7]杜国华,姜林.斜桥的合理索力及其施工张拉力〔J〕.桥梁建设,1989,(3):11一17.

[8]北京迈达斯技有限公司. Midas Civil 2010 分析设计原理[M]. 北京:人民交通出版社, 2010.

[9]JTGF 801-200公路工程质量检验评定标准[S]. 北京:人民交通出版社, 2004.

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