韩健

（苏邑设计集团有限公司，江苏 南京 210000）

0 引言

随着我国经济的发展和基础设施的建设，桥梁工程的覆盖面日益扩大。在桥梁工程建设过程中，往往会出现一些设计上的问题，从而影响施工的质量和效率。因此，在桥梁工程设计过程中应充分考虑各种因素与限制条件，对桥梁设计的各种结构进行计算，最大程度地满足设计要求。

1 工程概况

西寇南路建设工程位于南京市雨花经济开发区北部，足球小镇生活社区内部，是足球小镇片区的骨架道路，交通方面承担集散功能，并服务于两侧地块，景观方面是小镇的形象展示窗口。随着现代化建设逐步推进，片区内的岱山西路已开始施工，岱山东路即将施工，岱山中路已在方案设计阶段，为加快地块开发，营造良好投资环境，完善城市规划路网，加快地块间连通，西寇南路的建设迫在眉睫。西寇南路建设工程规划为双层路网，规划道路等级为城市支路；其中，下层道路西起岱山西路，东至岱山东路，全长约1.52km，规划红线宽24m；上层道路西起龙舌路，东至文竹路，全长约0.78km，规划红线宽16m，采用框架桥梁将上层道路架空。该工程中的桥梁工程主要有：西侧高架桥梁西起龙舌路，东接岱山中路；东侧高架桥梁西起岱山中路，东至文竹路。该段高架桥梁起终点桩号为GK0+19.876—GK0+764.876，宽16～21.5m，平面位于直线段接R=504m 的右偏圆曲线接直线段上，采用框架结构形式架空[1]。

2 工程建设环境

2.1 沿线自然地理概况

拟建场地位于南京市雨花台区，拟建道路场地地势稍有起伏，为长江漫滩相地貌单元。南京属于北温带地区，具有明显的季风特征，夏热冬寒，春秋季节短，降水密集，秋季潮湿，秋季梅雨频繁，夏雨密集。三面环山，一面水，具有明显的小气候特点，四季短，夏天炎热，冬天严寒。全年平均温度为15.3℃，1 月为1.9℃，绝对气温为-14℃，7 月为28.2℃，最高温度为43℃。年降水量超过1062mm，降水多集中于6～8月，占全市总降水量的60%，冬季降水偏少，经常发生旱灾；无霜期237 天。该地区全年主导风向为东南风，冬半年为主导风向，风速、风频均以东北东风为主，冬季气压高，相对湿度73%～75%，绝对湿度5%～10%，平速风速16.3～23.8m/s；夏半年主导风向、风速、风频以东南风为主，高温季节主要是西南风，夏季气压较低，相对湿度75%～80%，绝对湿度17.5%～30%，风速为21～27m/s[2]。

2.2 道路及交通现状

2.2.1 对外交通现状

场地范围内已建成一处地铁站，另地铁7 号线西善桥站正在施工，地铁9 号线尚在规划中。片区连接河西鱼嘴片区的龙藏大道、扬子江大道已建成通车。扬子江大道、龙藏大道、绕城高速、宁芜公路位于河西方向；绕越高速位于江北方向以及江宁方向；扬子江大道、龙藏大道、宁芜公路位于板桥方向。

2.2.2 内部交通现状

基地内道路多为狭窄单行道，内部连通性差，道路两侧绿化一般，沿长江及秦淮新河是现状堤顶路。

3 桥梁工程设计

3.1 道路桥梁结构设计的原则

结合桥涵结构设计的特点，确定该工程桥涵结构设计原则如下：第一，桥涵应具备足够的安全性与适用性。第二，桥涵需满足交通功能的要求，考虑道路竖向及交叉口衔接要求。第三，桥涵应满足河道行洪能力的功能性要求。第四，方案选择须充分考虑结构设计全寿命过程的安全耐久、生态环保。第五，桥涵应有机融入周围景观，与环境搭配协调。第六，应综合考虑造价经济性、施工便利性。第七，桥梁结构应便于施工，尽量减少施工对航运和横向道路的交通影响。

3.2 框架桥梁设计概况

3.2.1 平面

西段框架桥梁起终点桩号为GK0+19.876—GK0+379.876，全长392.409m。框架桥梁平面位于R=504m的右偏圆曲线且两端顺接直线上，标准段桥梁宽16m，桥梁顶、底面为双向1.5%横坡。东段框架桥梁起终点桩号为GK0+440.876—GK0+795.595，全长354.719m。框架桥梁平面位于直线上，标准段宽16m，框架桥梁顶、底面设有双向1.5%的横坡。

3.2.2 纵断面

桥梁纵断面起于桩号GK0+19.876，终于桩号GK0+764.876。位于R=37000、T=32.596、E=0.014、i1=0.43%、i2=0.60%的竖曲线上，变坡点桩号GK0+210，变坡点框架桥梁设计中心线标高16.753m；接R=7470、T=37.52、E=0.094、i1=0.60%、i2=-0.40%的竖曲线上，变坡点桩号GK0+410，变坡点道路中心标高19.176m；接R=9890、T=34.883、E=0.062、i1=-0.40%、i2=0.30%的竖曲线上，变坡点桩号GK0+573，变坡点框架桥梁设计中心线标高17.299m；接R=12000、T=36.138、E=0.054、i1=0.30%、i2=-0.30% 的竖曲线上，变坡点桩号GK0+688，变坡点框架桥梁设计中心线标高17.646m。

3.2.3 横断面

16m 标准断面分配为：16m=3.5m 的人行道+9m的车行道+3.5m 的人行道，双向横坡为1.5%。

3.3 桥梁结构设计

3.3.1 上部结构

K0 联采用四跨32.925m 异形现浇钢筋混凝土连续板框架桥梁，板厚0.9m；K1～K3、K10、K12 联采用4×9=36m 现浇钢筋混凝土连续板框架桥梁，板厚0.9m，宽16m；K4、K13 联采用4×8=32m 现浇钢筋混凝土连续板框架桥梁，板厚0.9m，宽16～21.5m；K5、K17 联采用5×8=40m 现浇钢筋混凝土连续板框架桥梁，板厚0.9m，宽16m；K6～K9、K11、K14～K16 联采用5×9=45m 现浇钢筋混凝土连续板框架桥梁，板厚0.9m，宽16m。K18 联采用四跨31.222m 异形现浇钢筋混凝土连续板框架桥梁，板厚0.9m；桥梁两侧设置0.35m 厚侧墙，桥梁顶、底面同横坡变化，支座处通过调平钢板调平，墩柱处纵横向均设置1.2m 高梁，纵横梁顶、底面同横坡变化。

3.3.2 下部结构

框架桥梁交接墩处设置支座，其余中间墩柱固结，普通墩柱采用1.2×1m（横桥向×纵桥向）方柱，交接墩采用1.2×1.3m（横桥向×纵桥向）方柱，桩帽厚1.5m，系梁高1.5m，宽1.2m，桩基均采用直径150cm 钻孔灌注桩。

3.3.3 框架桥梁——现浇板梁结构计算以纵梁为例

现浇板梁结构计算主要包括持久状况承载能力极限状态、持久状况正常使用极限状态——裂缝宽度验算、挠度验算、短暂状况构件应力计算。其中，持久状况承载能力极限状态计算主要包括正截面承载力验算、斜截面承载力验算；挠度验算主要验算其竖向位移、纵梁预拱度的设置；短暂状况构件应力计算主要是对受压区混凝土边缘的压应力以及受拉钢筋应力进行验算。该节以横梁为例对其进行了结构计算，并参照了《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018）。

（1）持久状况承载能力极限状态——正截面承载力验算

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362—2018）5.1.2 条对该结构的极限承载力进行了规定，据此对其进行了分析。

式（1）中：γ0为结构重要性系数；S 为结构效应组合的设计值；R 为结构构件抗力的设计值，应按各有关建筑结构设计规范的规定确定。

最大、最小弯矩及其对应的抗力图如图1、图2所示。

图1 最大弯矩及其对应的抗力图

图2 最小弯矩及其对应的抗力图

经计算，纵梁最大正弯矩为2771.0kN·m，对应抗力为6773.4kN·m，富裕度为2.44；纵梁最小负弯矩为-3073.8kN·m，对应抗力为-7921.0kN·m，富裕度为2.58。故纵梁正截面承载能力满足规范要求。

（2）持久状况正常使用极限状态——裂缝宽度验算

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)第6.4.1 条规定，钢筋混凝土构件和B 类预应力混凝土构件，在正常使用极限状态下的裂缝宽度应按作用频遇组合并考虑长期效应影响进行计算。

经计算，纵梁跨中最大裂缝为0.081mm，支点最大裂缝为0.086mm。均小于规范规定的容许值0.2mm。故裂缝宽度验算满足规范要求。

（3）挠度验算

（a）竖向位移

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)第6.5.3 条规定，受弯构件在使用阶段的挠度应考虑荷载长期效应的影响。消除结构自重产生的长期挠度后，主梁的最大挠度不应超过计算跨径的1/600。

频遇组合作用下，考虑挠度长期增长系数结构纵梁最大竖向位移为0.538mm，最大位移ω=0.538＜l0/600=15.0mm，满足规范要求。

（b）预拱度设置

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)第6.5.5 条规定，钢筋混凝土受弯构件预拱度可按结构自重和1/2 可变荷载频遇值计算的长期挠度值之和采用。频遇组合下预度拱设置图如图3 所示。

图3 频遇组合下预度拱设置图

（4）短暂状况构件应力计算

（a）受压区混凝土边缘的压应力验算

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)第7.2.4 条规定，钢筋混凝土受弯构件正截面应力应符合下列规定：

受压区混凝土边缘的压应力 σcct≤0.80fck

其中，fck 表示混凝土轴心抗压强度标准值。

对构件安装施工阶段、二期铺装施工阶段、收缩徐变施工阶段单元截面的施工组合压应力进行计算，可得出施工阶段最大压应力为5.53MPa＜0.80fck’=21.44MPa，满足规范要求。

（b）受拉钢筋应力验算

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)第7.2.4 条规定，钢筋混凝土受弯构件正截面应力应符合下列规定：

受拉钢筋的应力 σsit≤0.75fsk

其中，fsk 表示钢筋抗压强度标准值。

对构件安装施工阶段、二期铺装施工阶段、收缩徐变施工阶段钢筋应力进行验算，可得施工阶段最大拉应力为99.81MPa＜0.75fsk=300MPa，满足规范要求。

3.3.4 附属结构设计

（1）桥面铺装

车行道桥面铺装：2mm 厚的三元乙丙橡胶防水卷材+350#纸胎油毡隔离层+1.5mm 厚PVC 抗根系刺穿层（桥梁上方有绿化种植时设置）+8cmC50 防水混凝土（防水混凝土掺1.5%水泥基渗透结晶型防水剂，内置D10 冷轧带肋焊接钢筋网）。

（2）桥面排水

桥面设置1.5%双向横坡，桥面覆土下排水采用渗水管接泄水管引入地面排水系统。

（3）桥梁防水

主体结构自防水采用板梁与挡土墙采用防渗抗裂混凝土，混凝土中添加防渗抗裂复合材料，性能指标符合《用于混凝土中的防裂抗渗复合材料T/CECS 10001—2017》标准Ⅰ级要求，掺量每立方混凝土加入1kg。外包防水层即结构迎水面设全外包柔性防水层。桥面及挡土墙内侧采用2mm 厚的三元乙丙橡胶防水卷材，并刷350#纸胎油毡隔离层，在桥梁上方有种植绿化区域设置1.5mm 厚的PVC 抗根系刺穿层。其中，防水卷材具体要求应符合《高分子防水材料 第1 部分：片材》（GB 18173.1—2012）。施工缝部位的迎水面设防水卷材加强层，中部采用3mm 厚的止水钢板，止水钢板外侧设置丙烯酸遇水膨胀止水条。伸缩缝部位的迎水面设防水卷材加强层和2mm 厚的改性聚烯烃（FPO）止水胶带，缝内充填防水嵌缝材料，外侧设置接水盒引入排水系统。排水采用渗水管接泄水管引入地面排水系统[3]。

4 结语

综上所述，遵循桥梁结构设计的原则，对桥梁的各个结构进行计算，以桥梁的上部结构横梁为例进行计算，主要对正截面承载力与斜截面的承载力、持久状况正常使用极限状态——裂缝宽度、挠度、进行了验算，计算了短暂状况构件应力并且与设计规范进行对照能够有效提升桥梁的整体质量，对于行业整体的发展有着积极的促进作用，可为后续工作创造良好的条件，进而支撑桥梁整体建设效果的提升。