宋书军

（上海林同炎李国豪土建工程咨询有限公司，上海市 200437）

1 概述

下徐溪桥位于宁东新城腾飞桥及连接线工程上，腾飞路是“二横三纵”城市主干路网的“中纵”，为城市主干路，规划红线宽度40m。大桥是连接宁东新城核心区的重要通道节点，交通和景观功能均很大。桥梁总体效果如图1所示。

图1 桥梁鸟瞰图

拟建场地的下徐溪由西北往东南汇于毛屿江（闸门控制），并排向三门湾。该河水位升降主要受西北向的西林水库泄洪水和毛屿江排水有关，因毛屿江大闸修建而变为平原型河流。桥位附近现状大部分为农地、果树和空地，道路沿线地势总体较平坦，两侧为自然人工土坝护坡，现状稳定性较好。地貌类型属于滨海与内陆相交替沉积平原，在勘察深度范围内，地层有填土、黏土、圆砾、中风化岩等组成，桩基以第10-2层（中等风化熔结凝灰岩）作为桩端持力层。

下徐溪桥为下承式连续拱梁组合体系异型拱桥，跨径布置为25m+80m+25m=130m，横断面宽40.5m，桥面设机动车道、人非混行车道，全桥上部结构均采用钢结构。该桥设计特点是拱肋立面为三角形造型，在拱轴线平面内，拱轴线由两段直线段和一段圆弧构成，拱肋总体横向内倾13.616°。跨中横断面布置如图2所示。

图2 跨中横断面布置图（单位：mm）

2 主要技术指标

（1）道路等级：城市主干路。

（2）桥面坡度：主桥最大纵坡3.0%，车行道采用双向2.0%横坡，两侧人行道采用1.0%反坡。

（3）荷载标准：汽车荷载取城-A级；人群荷载按《城市桥梁设计规范》（CJJ 11—2011）取值。

（4）抗震设防标准：抗震设防烈度6度，设计基本地震加速度0.05g，桥梁抗震设防类别为丙类。

（5）通航标准：无通航要求；梁底标高按照与业主确认的标准控制。

（6）设计安全等级：一级。桥梁设计使用年限：100 a。

（7）横断面布置：5.75 m（人非混行道）+3.5 m（吊索区）+10.75m（机动车道）+0.5m（中央分隔栏）+10.75m（机动车道）+3.5m（吊索区）+5.75 m（人非混行道）=40.5m。

3 主要结构设计

3.1 结构总体布置

下徐溪桥为下承式拱梁组合体系异型拱桥，桥面系为三跨连续结构，采用纵横梁体系。拱肋立面为三角形造型，由两榀拱肋组成，两片拱肋之间于顶部设置横向连系，设置钢箱横撑，保证拱肋横向稳定。吊索全桥纵向共设8对，梁上间距7.5m，吊索与拱肋在同一平面内。吊索全部锚固于拱肋顶板的整体节点板上，力通过拱肋、拱梁结合段传递给桥墩，再扩散到基础中。此类空间三角形拱肋受力复杂，设计难度大，国内此类桥梁实例尚较少。

3.2 拱肋、横撑

拱肋为钢结构拱肋，由两榀拱肋组成。拱肋立面为三角形造型，在拱轴线平面内，拱轴线由两段直线段和一段圆弧构成：两直线段长度为55.399m，圆弧半径为5m，弧长8.583m。拱肋理论跨径80m，拱肋理论高度为45m（拱轴线两直线段的虚拟交点到拱脚连线之间的竖向距离），横向内倾13.616°。

钢箱拱肋采用全焊钢箱形截面，截面呈六边形布置。拱肋顶部圆弧段为等截面，截面宽2.2m，高2.2 m，顶底板及腹板厚均为30 mm，横断面如图3所示。拱肋直线段截面高度逐渐增大，截面宽2.2m，截面高度由顶部的2.2m渐变至底部的4.5m；在拱梁结合段拱肋顶底板及腹板厚均采用30mm，其余标准节段顶底板及腹板厚采用25mm。拱肋纵向加劲肋采用一字肋，拱肋中设置横隔板，横隔板与拱轴线垂直，在直线段拱肋横隔板厚16mm，在顶部拱肋段横隔板厚20mm、25mm。拱肋顶部吊索锚固整体节点板板厚50mm，与拱肋顶底板焊接，并在耳板上设置纵横向加劲肋。拱顶吊索集中锚固区构造如图4所示。

图3 弧线段拱肋断面（单位：mm）

图4 吊索集中锚固区构造（单位：mm）

两片拱肋之间于顶部设置横向连系，设置钢箱横撑，共4个箱室。每个箱室之间设置两道横隔板，箱室外侧尾部结构用顶底板及壁板做构造封闭，形成景观效果，同时增强横撑的整体受力，保证拱肋横向稳定。

3.3 钢主梁

主梁加劲梁采用开口式钢箱梁，即双边箱式系梁＋横梁结构体系，横断面布置如图5所示。加劲梁顶板总宽40.5 m，设2%双向横坡，每侧系梁宽4.8m，净距22m。在主跨吊索及边跨范围内设计道路中心线处主梁梁高为2.0m，在桥墩处8.5m范围内设计道路中心线处主梁梁高为2.5m。系梁顶板厚20mm，底板、腹板厚16mm，其中在拱梁结合段系梁顶板局部加厚至40mm，底板局部加厚至30mm。桥面板顶板厚16mm，车行道处桥面板采用U形加劲肋，高280mm，钢板厚8mm。其余部位的桥面板以及系梁腹板、底板均采用板肋加劲肋，高150mm，厚12mm。在车行道范围内设置小纵梁，横向间距为5.4m，为倒T形截面。

图5 钢主梁横断面（单位：mm）

3.4 横梁

内横梁为焊接的倒T形板，间距为2.5m，全桥桥面系共设置39道。内横梁为变高度结构，在道路设计中心线处高2.0m，底面水平，顶面与桥面的2%双向横坡保持一致。

中墩横梁采用箱形截面，截面尺寸8.5m（宽）×2.5m（高），顶底板厚16～20mm。横梁内部设三道腹板，腹板设置纵、横向加劲及横隔板。

边跨端横梁采用箱形截面，截面尺寸1.9 m（宽）×2.0m（高）。横梁内部设置纵向加劲及横隔板。

3.5 吊索

吊索全桥纵向共设8对，梁上间距7.5m，吊索与拱肋在同一平面内。吊索均采用规格为73ø7的平行钢丝索；吊索两端采用冷铸锚，张拉端设在主梁钢箱内。

3.6 下部结构设计

主墩采用柱式墩，下接承台桩基，桥墩单个立柱断面尺寸为5.5m（横桥向）×3m（顺桥向），单个承台尺寸为11m（横桥向）×7m（顺桥向），承台高3m，每个承台基础采用6根直径1.5m钻孔灌注桩，桩基为嵌岩桩。

桥台采用扶壁式桥台，下接承台桩基。承台全长40.5m，中间设2 cm沉降缝，宽5.4m，高1.5m。基础采用直径1.2m钻孔灌注桩，桩基为嵌岩桩。

4 施工方法

围堰施工钻孔灌注桩、承台及墩台。梁拱采用少支架施工，先进行梁的安装，后在梁上搭设拱肋支架，进行拱肋安装施工。钢主梁和钢拱肋均在工厂按划分好的节段加工，后运至现场进行拼装。拱肋体系稳定后拆除拱肋支架，进行吊索安装及张拉，结构体系转化完成后方可拆除主梁支架。

5 结构分析计算

5.1 静力分析

采用m id a s软件建立空间梁格模型，其中吊杆（拉索）用桁架单元模拟，其他构件用梁单元模拟，进行施工阶段、成桥及使用阶段分析。计算模型如图6所示。

图6 计算模型

计算时全桥上部结构施工模拟按少支架施工、先梁后拱的安装工序。设计荷载计入结构自重、附属荷载、汽车荷载、人群荷载、整体升降温、风荷载、制动力等作用。

分析可知，钢主梁的最大正应力为126 MPa，钢拱肋最大正应力为112MPa，各构件的应力结果均满足公路钢结构规范要求。

钢主梁在汽车活载作用下的竖向挠度最大值位于主跨跨中，为19mm＜L/500=160mm（L为主跨跨径），结构刚度满足规范要求[3]。

5.2 稳定分析

稳定模型采用空间梁、桁架单元分别模拟结构各组成部分，桥面板以荷载的形式计入，未考虑其有利作用。考虑自重、二期恒载、汽车荷载、人群荷载及风荷载等的作用，均视为变量，进行第一类线弹性稳定分析。结构的曲屈系数及曲屈模态见表1，最小的屈曲系数为22.86，呈拱肋平面外失稳，表明结构的整体稳定性能较好，满足规范要求（见图 7）。

表1 结构曲屈系数及曲屈模态

图7 主桥曲屈分析第一阶模态

5.3 局部分析

主桥整体结构分析中，一般采取的是三维空间梁单元或简单的板单元进行分析，而对一些局部构件或关键构造节点无法采用梁进行准确的模拟，这些地方成为设计中的“盲区”。为了进行合理的构造设计、正确判定构造设计的安全性，选择构造及受力复杂的局部关键节点区域建立细微的有限元模型，进行详细的受力分析，了解其内力及应力分布。该桥关键节点构造有三个方面，即拱梁结合处、吊索在拱上的锚固区域和吊索在主梁的锚固节点。对该三处采用大型通用有限元软件ANSYS进行仿真分析，三处的计算模型如图8所示。

图8 仿真分析模型

经计算分析得，局部构件出现应力集中现象，但总体应力水平不是很高，均能够满足受力要求。

6 结语

下徐溪桥在保证交通功能的前提下，又极具景观特色，三角形拱桥的景观效果突出且新颖，让人眼前一亮，跳出了弧线形拱桥的审美疲劳。鉴于此类桥梁受力复杂、设计难度大，国内此类桥梁实例尚较少。通过巧妙构思集中节点板锚固解决上部锚固空间不足的问题，拱梁结合段合理构造优化了传力路径，主梁锚固处在吊索复杂空间关系情况下优化锚固传力构造。整体设计中优化了传力路径、简化施工图难度，同时也为此类桥梁提供了有益参考。

合理构造设计实现了此类桥梁由效果图转化为施工图纸，该桥的建成必将成为宁东新城的视野聚焦点。