宁波邵家渡大桥主桥设计

宁波邵家渡大桥主桥设计

朱东彦

同济大学上海200092

摘要：邵家渡大桥主桥为单箱双室断面的大跨径预应力混凝土连续梁桥。该桥在设计层面提出了一些区别于同类型桥梁的设计想法和理念，并对其在理论上进行了验证，为同类型桥梁的建设提供参考和帮助。

关键词：单箱双室，大跨径，预应力混凝土，梁桥，设计

一、项目概述

邵家渡大桥及接线工程位于江北区、鄞州区境内，线路全长约7.09km，道路规划红线宽度44m，采用城市主干路标准，双向6车道规模，设计速度50km/h。邵家渡大桥为其中的一个节点工程，跨越余姚江。

二、技术标准

1.道路等级：城市主干路。

2.荷载等级：按《城市桥梁人行荷载规范》取用。

3.设计基准期：100年。

4.设计安全等级：一级。

5.环境类别：Ⅱ类。

6.抗震标准

抗震设防烈度7度，设计基本地震动加速度峰值0.1g。

7.航道等级：内河III级航道；

8.通航标准：110m×7m，最高通航水位1.12m。

三、边界条件

3.1航道

本段余姚江河面最小控制宽度300m，现状宽度约296m。通航等级Ⅲ级航道，通航标准110m×7m。通航最高水位1.12m，最低通航水位0.32m，现状河底标高-5.9m。

3.2河堤

余姚江西岸河堤现状标高约3.83m，堤顶路宽约4m；东岸现状地面标高约2.52m，在建绿道宽约7m。

3.3边界条件分析

1.余姚江通航要求高。

2.桥梁施工方案满足施工期间通航要求。

3.本桥应考虑跨越东西两岸的河堤及绿道。

四、桥跨分析

1.桥位处江面宽度约296m，若采用一跨过江方案，主跨跨径将达到300m。一跨过江方案不经济。

2.桥位处上游半浦余姚江大桥主跨跨径100m，下游青林湾大桥主跨跨径180m。上下游桥梁均未采用一跨过江方案。

3.桥位处为III级航道，通航净宽110m，同时考虑承台基础等下部结构尺寸对通航的影响。桥梁主跨跨径宜为150m左右。

4.主墩和边墩均落在河道内时，将提高桥梁的阻水率，影响河道的防洪功能。故主桥边跨应跨越河堤和绿道。因此边跨跨径宜在105m左右。

跨径布置示意图

五、桥型分析

根据前期工可阶段进行了多轮桥型方案汇报并进行了较为完善的桥型方案比选，最终确定采用大跨径预应力混凝土梁桥。

六、断面分析

变截面预应力混凝土连续箱梁桥常用截面形式主要有单箱单室和单箱多室两种。

单箱单室截面在变截面预应力混凝土连续箱梁中所使用的比例较高，设计与施工也最为成熟和高效。单箱多室截面在在变截面预应力混凝土连续箱梁中适用于宽度较大的箱梁，一般在较宽箱梁中设置小箱室，以缓解顶板跨中及挑臂的受力性能。

本桥主梁宽度较大，若采用单箱单室截面形式，悬臂长度约为5m～6m。此外，由于本桥是景观桥梁，考虑到主梁翼缘处景观栏杆荷载较大，对主梁悬臂根部受力不利。

综合考虑以上因素，桥梁拟采用单箱双室主梁断面，主梁悬臂长度为3m。全桥分幅设计，中间设置中央分隔带，以满足施工期挂篮等施工构件的空间要求。

七、邵家渡大桥主桥设计

7.1总体布置

邵家渡大桥主桥采用变截面预应力混凝土连续梁桥，跨径布置为105m+150m+105m=360m。主梁采用单箱双室箱梁结构，全桥采用连续结构体系。主墩及边墩均为矩形截面，墩顶设置支座。

主桥标准横断面布置为：3m（人行道）+3.5m（非机动车道）+0.5m（机非分隔带）+11m（机动车道）+2m（中央分隔带）+11m（机动车道）+0.5m（机非分隔带）+3.5m（非机动车道）+3m（人行道）=38m。

7.2上部结构设计

1.梁高选取[1]

变截面预应力混凝土连续梁桥的支点梁高一般为主跨跨径的1/16～1/20，跨中梁高一般为主跨跨径的1/40～1/60。为了避免桥梁结构在正常使用状态过程中出现结构裂缝或者跨中出现持续性的挠曲变形，本工程根据大跨径箱梁桥的设计施工经验，箱梁高度在常规设计取值基础上提高8%～10%。中支点梁高8.8m（1/17.05L），跨中梁高3.8m（1/39.47L），并且梁底变化曲线采用1.8次抛物线，适当提高L/4区段箱梁高度。

2.节段划分

考虑挂篮、施工临时荷载及主梁节段重量等因素，主梁0号块长度15m，1号～20号节段划分布置为4×2.5m+4×3.0m+5×3.5m+6×4.5m，以保证施工期间主梁结构安全。

3.断面尺寸

箱梁断面为小挑臂箱梁断面形式。跨中断面箱室净宽5.5m，支点断面箱室净宽4.75m。腹板最薄处厚0.5m，腹板厚度逐步过渡至0.65m，中支点处腹板厚1.0m；端横梁宽2.5m，中横梁宽3.0m。

顶板设横坡，顶底板平行布置，顶板厚0.3m；靠近中支点附近厚度变为0.5m；底板跨中厚0.3m，中支点处厚1.15m，厚度通过悬浇段变化处理。

箱梁两侧挑臂长度均为3.0m，挑臂通过两段折线进行过度，第一段长度1.8m，第二段长度1.2m。挑臂外缘厚度0.2m，变化点处厚度0.35m，根部厚度0.7m。

4.预应力体系

箱梁采用三向预应力混凝土结构。

纵向、端横梁及桥面板预应力采用φ15.20高强度低松弛预应力钢绞线。桥面板预应力每50cm延顺桥向布置，单端张拉，张拉端和锚固端每两根交错布置。

竖向及中横梁预应力采用PSB930级高强螺纹钢，屈服强度930MPa，抗拉强度1080MPa。

7.3下部结构设计

1.桥墩

主桥主墩采用墙式墩，桥墩截面为矩形，截面尺寸为12.5m×4.5m。主墩承台平面尺寸为24.1m×18.2m，厚度5.0m。

主桥边墩采用墙式墩，桥墩截面为矩形，截面尺寸为15.2m×2.9m。在墙式桥墩顶部做成高低墩形式，满足主、引桥搭接的需求。边墩承台平面尺寸为17.2m×7.0m，厚度3.0m。

2.基础

根据宁波地区大型桥梁的经验，采用Φ1.5m钻孔灌注桩。

八、计算分析

8.1设计荷载

1.恒载

钢筋混凝土26kN/m3；沥青砼24KN/m3；景观栏杆25kN/m。

2.活载

按《城市桥梁设计规范》条取值。

3.混凝土徐变及收缩

混凝土徐变系数参照《公路桥涵钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范》取用。

4.温度影响

体系升温：25℃，体系降温：25℃，梯度温度作用按《公路桥涵设计通用规范》计算，同时考虑反温差。

5.汽车制动力

汽车制动力按《公路桥涵设计通用规范》执行。

6.基础变位

不均匀沉降中墩40mm，边墩10mm。

8.2荷载组合

采用极限状态法进行承载能力极限状态和正常使用极限状态。

1.承载能力极限状态设计：

组合Ⅰ：基本组合；永久作用设计值效应＋可变作用设计值效应。

2.正常使用极限状态设计：

组合Ⅰ：准永久组合；永久作用标准值效应＋可变作用准永久值效应。

组合Ⅱ：频遇组合；永久作用标准值效应＋可变作用频遇值效应。

组合Ⅲ：标准值组合；荷载类型为组合Ⅱ中所有的荷载类型，各种荷载分项系数都取1。

8.3验算内容

1.承载能力极限状态强度验算

承载能力极限状态强度验算，取用组合Ⅰ。

2.正常使用极限状态裂缝宽度验算

（1）正截面抗裂验算

全预应力混凝土构件在频遇组合下：σst—0.80σpc≤0。

（2）斜截面抗裂验算

全预应力预应力混凝土构件在频遇组合下现浇构件：σtp≤0.4ftk。

（3）变形验算

主跨跨中1/600L，L为计算跨径。

8.4计算结果

1.有限元模型

结构分析可简化采用平面杆系通用有限元软件桥梁博士V3.3进行。建立全桥平面模型，全桥共离散为120个平面杆系单元，全桥有限元计算模型如图所示。

2.计算结果

（1）主梁承载能力极限状态抗力大于对应的抗力内力，满足规范要求。

（2）正常使用极限状态频遇组合、标准组合截面上下缘应力满足规范要求；正常使用极限状态频遇组合截面最大主拉应力满足规范要求。

（3）正常使用极限状态下竖向最大挠度满足规范要求。

（4）弹性阶段截面最大正压应力、最大主压应力值满足规范要求。

九、结语

邵家渡大桥主桥是国内少有的采用单箱双室断面的大跨径预应力混凝土连续梁桥。该桥结合自身的实际情况，在设计层面提出了一些区别于同类型桥梁的设计想法和理念，并对其在理论上进行了验证。在后续施工及运营过程中进行监控，对理论结果进行检查及验证，为同类型桥梁的建设提供参考和帮助。

参考文献：

[1]刘效尧，徐岳.梁桥.北京：人民交通出版社，2011