杨小强

(广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，广西　南宁　530029)



三江龙吉风雨桥主桥结构设计和力学分析

杨小强

(广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，广西南宁530029)

文章结合广西三江龙吉风雨桥工程实例，介绍了该桥主桥的结构受力特点，阐述了其主桥主要构件的设计要点，并通过静力计算分析，验证了该主桥结构设计方案的合理性和可行性。

三江龙吉风雨桥；风雨桥；结构设计；受力分析

0　引言

广西三江龙吉风雨桥主桥桥型为4跨预应力混凝土连续梁，不同于常规的预应力混凝土连续梁，其跨径布置不对称，桥面上设置景观塔楼，塔楼支撑在箱梁翼缘板上，造型具有侗族风雨桥的民族特色。本文分析了主桥结构的受力特点，介绍了主要问题的解决方案，以期为具有类似构造的桥梁设计提供参考。

1　工程概况

三江龙吉风雨桥位于广西壮族自治区三江县城至贵广铁路三江车站公路上，自北向南跨越寻江，距离上游西游大桥约2.5 km，是三江县城通往贵广铁路三江车站的重要桥梁。作为旅客从高铁站进入三江县城途径的第一座大桥，该桥设置了颇具侗族特色的风雨桥塔楼。全桥效果图如图1所示。

图1　三江龙吉风雨桥全桥效果图

主桥桥型为4跨预应力混凝土连续梁，跨径布置为(30+52.5+85+52.5)m，桥宽18 m，桥面布置为1.75 m(人行道及栏杆、路灯)+14.5 m(双向4车道及路缘带)+1.75 m(人行道及栏杆、路灯)，主梁采用变截面单箱单室截面。由于布置风雨桥塔楼的需要，为避免塔楼被布置在交界墩顶而跨越伸缩缝，将原本属于主桥的大桩号侧30 m外边跨归入引桥，交界墩和伸缩缝向小桩号侧移动一跨，而小桩号侧的30 m外边跨与桥台连接，无需调整，形成了不对称的跨径布置。风雨桥景观塔楼为木结构建筑，为跨越行车道，在桥面上设置钢结构屋架，钢屋架的立柱落在人行道路缘石处。图2为主桥主墩顶横断面。

图2　主桥主墩顶横断面图

2　结构受力特点分析

主桥为悬臂浇筑施工的预应力混凝土连续梁，受力上以受弯为主，边、中跨跨径比约0.62，跨径比例比较理想。但由于设置风雨桥塔楼，使该桥存在两个主要特点：(1)布孔不对称，大桩号侧设有30 m外边跨，需要进行不对称结构设计；(2)塔楼支承在箱梁悬臂上，荷载除塔楼自重外，高大的塔楼在风力作用下对支承产生的力偶也不容忽视。

本结构桥宽18 m，箱梁悬臂4.5 m，若不设置加强措施，悬臂无法满足受力需要。本项目考虑两种措施对塔楼位置的悬臂进行局部加强：(1)在对应塔楼立柱位置的翼缘下设置加劲肋板；(2)在塔楼立柱荷载作用区域加大翼缘加腋。图3～5为加劲肋板方案的有限元模型和在塔楼的一根立柱荷载作用下的主拉应力分布；图6为翼缘标准段和加强段的箱梁截面构造图。

图3　加劲肋板方案有限元模型图

图4　加劲肋板方案底面主拉应力分布图

图5　加劲肋板方案顶面主拉应力分布图

图6　箱梁截面构造图

经分析，两种局部加强措施均能有效抵抗塔楼荷载，确保结构安全。考虑到设置加劲肋板不便于悬臂浇筑施工中的挂篮移动和模板设置，本结构采用加大翼缘加腋方案。如此塔楼区域翼缘与一般区域可靠性接近，避免了刚度突变和应力集中，施工方便，对桥梁视觉效果影响也很小。

小桩号侧30 m外边跨段配独立的腹板预应力束和顶板预应力束，完成预应力张拉后即可落架，形成简支单悬臂体系，缩短支架租用时间，施工周期灵活，节约施工成本。与悬臂浇筑段合龙后，张拉顶板和底板合龙钢束，通过不对称钢束的优化配置，确保结构可靠。

3　结构构造

3.1主梁箱梁

箱梁顶板宽18 m，底板宽9 m，顶板厚0.28 m，主墩墩顶处中心梁高5.18 m，底板厚0.7 m，主跨跨中、边跨支点、外边跨处中心梁高2.68 m，底板厚0.32 m，梁高和底板厚均按1.8次抛物线变化。腹板采用直腹板，距离主墩中心线15 m以内区域腹板厚0.7 m，经7 m渐变段过渡到0.5 m。箱梁设置纵、横、竖三向预应力体系。

3.2箱梁翼缘

箱梁翼缘单侧宽4.5 m，翼缘加强段在距主墩中心线两侧各6.5 m范围内，经2.5 m渐变段过渡为翼缘标准段。翼缘标准段加腋根部高1 m，加腋长1 m，加腋末端高0.5 m，翼缘末端高0.2 m；翼缘加强段加腋根部高1.2 m，加腋长1.5 m，加腋末端高0.457 m，翼缘末端高0.2 m。整个翼缘非加腋部分保持共面，渐变段加腋也设计为平面，便于施工中模板设置。

3.3墩、台、基础

主桥小桩号侧与桥台连接，大桩号侧经交界墩与引桥连接。下构基础均采用钻孔灌注桩基础，设承台。主墩采用实体墩，边跨桥墩和交界墩采用方柱式墩，桥台采用埋置式桥台。

3.4景观塔楼

本项目共设5处景观塔楼，主桥上设其中2处，位于两个主墩墩顶桥面上。为避免塔楼的立柱出现在车道内干扰行车，设立柱和钢屋架跨越车道，为塔楼提供支撑，柱底2.5 m高度段填充混凝土以抵抗车辆意外撞击。立柱横桥向中心距15 m，顺桥向间距(3.25+2+4.4+2+3.25)m，立柱顶设钢箱型横梁跨越行车道，横梁间设次梁把各片框架联结成整体。横梁和次梁的布置同时也考虑为景观塔楼提供支点。

4　结构计算

主桥结构静力采用桥梁博士V3.5进行分析。计算包括主桥结构整体计算和桥面板横向计算，桥面板计算中，一般区域和塔楼作用下的加强区分开进行。结构整体计算将主桥箱梁纵向分成80个梁单元，边界条件按实际模拟，根据施工顺序，分17个施工阶段模拟施工过程。桥面板横向计算中，取延长1.2 m计算，箱梁顶板分成38个梁单元，建腹板单元并固结腹板底部；横向预应力取2束，模拟实际间距0.6 m左右交替张拉的横向束。图7为主桥结构整体计算离散模型图。

图7主桥结构整体计算离散模型图

4.1承载力和应力验算

计算结果表明，箱梁运营阶段承载能力基本组合下(已考虑结构重要性系数1.1)，主墩墩顶处负弯矩安全系数为1.34，主跨跨中安全系数为1.22；运营阶段短期组合下(按全预应力构件验算)，主墩墩顶处顶板最小压应力为0.29 MPa，主跨跨中底板最小压应力为0.17 MPa；运营阶段标准组合下，顶板最大压应力为17.47 MPa<(35.5/2) MPa，底板最大压应力13.03 MPa<(35.5/2) MPa。其余项和桥面板承载力均满足规范要求。表1、表2为主要验算项目的验算结果。

表1　基本组合承载能力验算结果表 (单位：kN·m)

表2　短期和标准组合应力验算结果表 (单位：MPa)

4.2裂缝宽度验算

桥面板横向受力的正常使用极限状态按部分预应力构件设计，在效应短期组合下，箱梁顶板顶面最大裂缝宽度为0.04 mm，顶板底面最大裂缝宽度为0.08 mm，翼缘顶面最大裂缝宽度为0.03 mm，翼缘底面最大裂缝宽度为0.05 mm，均小于规范限值0.2 mm，

可见桥面板抗裂性能满足规范要求。

4.3挠度验算

活载作用下，主跨最大正负挠度绝对值之和为47.3 mm

5　结语

三江龙吉风雨桥采用具有民族特色的造型，设置景观塔楼，塔楼荷载传递至箱梁翼缘板，结构受力与常规连续梁桥有所区别。经比选，采用局部加大翼缘加腋的方案承担塔楼荷载，并针对跨径布置不对称的构造优化预应力配置，确保了结构安全可靠。

[1]JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范[S].

[2]JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[3]GB 50017-2003，钢结构设计规范[S].

Main-bridge Structure Design and Mechanics Analysis of Sanjiang Longji Fengyu Bridge

YANG Xiao-qiang

(Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

Combining the engineering example of Sanjiang Longji Fengyu Bridge in Guangxi，this article described the structure mechanical characteristics of its main bridge，described the main design fea-tures of its main bridge members，and through the static calculation and analysis，it validated the ration-ality and feasibility of its main-bridge structure design programs.

Sanjiang Longji Fengyu Bridge；Fengyu Bridge；Structural design；Stress analysis

U441+.5

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.05.017

1673-4874(2016)05-0062-04

2016-04-29

杨小强(1988—)，助理工程师，主要从事桥梁结构设计工作。