混凝土自锚式悬索桥设计

工程科技图4“Π”型梁横截面图混凝土自锚式悬索桥设计杨前彪（上海瑞桥土木工程咨询有限公司，上海200092）摘要：上海市赵家沟航道金高路桥经过多轮方案比选，最终确定采用混凝土自锚式悬索桥，主桥跨径组合为25+65+25m 。

该桥设计充分注重结构本体的景观功能及桥体与沿河景观规划的协调，新颖别致的索塔呈“手”的造型，既满足了人行道净空要求，又增加了索塔的横向稳定性，也寄托了开发浦东新区的美好愿望。

对该桥的结构设计特点及结构受力定性分析等进行了简要介绍。

关键词：悬索桥；自锚式；景观桥梁；结构设计1工程概况赵家沟航道位于浦东新区北部，目前它承担着浦东新区北部地区的建材运输任务，但是航道狭窄，桥梁低矮，造成堵港频繁、事故多发。

为了满足规划航道通航净高和净宽的要求，赵家沟航道金高路桥需是拆除老桥，在原桥址上重建新桥。

由于大桥位于市区，市委市政府高度重视该桥桥型方案的选择，经过多次方案论证，最终确定大桥主桥采用三跨连续自锚式悬索桥（图1），引桥采用22m 预应力砼空心板梁。

该桥桥梁总长为313m ，跨径组合为6×22m+（25+65+25）m+3×22m ，双向四车道布置，并设机非混行车道和人行道。

主桥横断面宽24m ，引桥横断面宽16.5m 。

该桥设计时巧妙地将索塔设计成“手”的造型，既满足了人行道净空要求，又增加了索塔的横向稳定性，使桥梁结构呈现出空间布局的灵动与活力。

索塔高28.595m ，其中桥面以上高为14.903m ，桥面以下高为13.692m 。

索塔顶部镶有装饰楞条以增加索塔造型的景观效果。

2主要技术标准设计车速：30km/h 。

设计荷载：城-B 级，人群-3.5kN/m 2。

主桥横断面布置：2.3m （人行道＋栏杆）+1.45m （吊杆锚固区）+0.5m （防撞护栏）+15.5m （行车道）+0.5m （防撞护栏）+1.45m （吊杆锚固区）+2.3m （人行道＋栏杆），全宽24m 。

引桥横断面布置：0.5m （防撞墙）+15.5m （行车道）+0.5m （防撞墙）＝16.5m 。

桥面横坡：设计道路中心线向两侧设2%横坡。

通航要求：内河Ⅲ级航道，通航净宽60.0m ，通航净高7m 。

抗震标准：地震烈度7度，地震动峰值加速度0.1g 。

3桥型方案比选与特点随着外高桥港区三期、四期、五号沟港区的建设，赵家沟将成为重要的内河集装箱集疏运通道。

作为内河Ⅲ级航道上的重要桥梁，既要满足航道通航标准，通航净宽60m 范围内不设桥墩，又要突出市区桥梁的景观效果。

另外，桥位处两岸金高路路面标高低于规划航道驳岸高度，因此跨越航道的桥梁结构建筑高度不宜太高，以便引桥尽快落地，满足市区有限的空间要求。

基于金高路桥高标准的建设要求，在分析、研究的基础上，方案设计力图将诸多先进的理念、优美的设想落实于桥梁创意中，方案中倾向于技术理性和空间尺度的探索，旨在发掘景观桥梁作为桥梁本身的技术美学特征，将桥梁塑造为富有力度、体现结构规律的优美造型。

为此，先后提出了三跨预应力砼连续箱梁、系杆拱桥和三跨连续自锚式悬索桥等多个方案。

最终确定三跨连续自锚式悬索桥为实施方案。

实施方案的特点如下：3.1通过三跨线型优美的自锚式悬索桥跨越航道，来实现景观桥梁的目的（图2）。

主桥采用三跨自锚式悬索桥，其上部结构主要由主缆及吊杆、索塔和主梁组成。

主缆呈二次抛物线线型，展示其飘逸、优美的曲线，以点光源表现大桥的夜景，流光溢彩，星光闪烁。

3.2新颖别致的索塔呈“手”的造型，既满足了人行道净空要求，又增加了索塔的横向稳定性，也寄托了开发浦东新区的美好愿望。

3.3在确保结构受力明确、安全有效的前提下，纵梁采用轻巧的“Π”型截面。

设计时考虑纵梁为钢筋砼结构，其截面上、下缘配有少量的预应力钢绞线，在纵梁合拢后张拉，让截面内储存一定的压应力，以确保纵梁在施工过程中不出现裂缝。

4主桥结构设计4.1上部结构4.1.1主缆及吊杆。

经过经济比较，综合考虑主缆矢跨比对索塔高度、主缆长度及截面、吊杆长度、主梁截面和压应力的影响，金高路桥主缆中跨垂跨比采用1/7.1，f=9.18m 。

全桥主缆共2根，每根主缆由19股平行钢丝成品索（不带外护套）编制而成，每股成品索由61丝Φ7的镀锌高强钢丝组成。

标准强度f pk ＝1670M Pa ，弹性模量E p =2.0×105M Pa 。

主缆采用冷铸锚锚固体系，冷铸锚头现场铸造，在主缆散索鞍后，主缆呈辐射形散开，每根主缆分成19股，分别锚固于主梁端部。

全桥吊杆共19对，吊杆间距为4.5米和5.0米两种，其中14对柔性吊杆采用73Φ7的镀锌高强钢丝，标准强度1670M Pa 。

吊杆采用单根成品钢丝索，外包PE 保护套。

吊杆上端与索夹采用耳板销接，下端与梁体为冷铸锚锚固，张拉端设在梁底。

边跨靠边墩的第一对吊杆和中跨中间三对吊杆为刚性吊杆，全桥共5对刚性吊杆。

刚性吊杆与索夹采用销接，与主梁采用球垫铰连接，以适应主缆与主梁纵向相对变形。

刚性吊杆采用40CrNiM oA 合金钢。

4.1.2索塔。

索塔为采用新颖别致的“手”的造型，既满足了人行道净空要求，又增加了索塔的横向稳定性。

塔柱主要承担主缆传过来的竖向力及不平衡水平力。

索塔全高28.595m ，分为上塔柱（桥面以上）和下塔柱（桥面以下）两部分，均为砼结构（图3）。

桥面以上塔柱由上塔柱、V 型撑和横向连接板共同构成“手”的造型。

上塔柱为实体矩形截面，顺桥向宽2.7m ，横桥向宽1.2m ，四角各图1金高路桥效果图图2桥型总体布置图图3主墩横截面图(下转50页)259··科技论坛切去小矩形0.1m ×0.1m 。

下塔柱顺桥向宽度为2.7米，至承台顶面变宽到3.5m ，横桥向宽4.5m ，上塔柱穿过主梁内预留的孔洞与下塔柱固结。

V 型撑和横向连接板均为全钢结构，箱型截面，壁厚12mm ，设纵向加劲肋，每隔3m 设置一道横隔板。

V 型撑底部锚固于下塔柱，顶部通过横向连接板锚固于上塔柱。

上、下塔柱内均设有劲性钢骨架。

4.1.3主梁。

主梁由纵梁、横梁、桥面板形成固结的整体结构，通过支座支承在主墩和边墩上，形成25m+65m+25m 的三跨连续梁，一部分荷载通过吊杆、主缆把力传给索塔。

纵梁设有4个2.8×1.24m 的孔洞，以便让上塔柱通过。

主梁采用预应力混凝土“Π”型截面，标准梁高1.8米（吊杆处），纵梁宽2.2m ，钢筋混凝土桥面板厚30cm （图4）。

主缆锚固区的端锚段为矩形截面，每侧长5米，宽24m ，边墩支承线处梁高为3.6m ，横截面为矩形实心断面，主要用作主缆锚固及平衡压重。

端锚段至边跨第1个吊杆之间的主梁采用变高度矩形实心断面，也用作平衡压重。

纵梁在吊杆锚固位置处设有横梁，吊杆锚于横梁下。

横梁厚0.45m ，与纵梁相接处加厚为0.85m 。

纵梁内设有预应力钢铰线，预应力钢铰线在主梁合拢后张拉。

4.2下部结构设计主墩承台尺寸为6.6m ×29m ，承台厚为3m ；主墩基础采用18根Ф1200mm 的钻孔灌注桩。

边墩基础采用8根Ф1200mm 的钻孔灌注桩，每个墩由两个分离式承台组成，矩形立柱，承台厚为2m 。

5施工方法采用先梁后索的施工方法，主要的施工顺序为：下部基础→索塔→搭临时支架浇筑主梁→安装主缆→安装索夹→安装和分组张拉吊杆→桥面铺装→栏杆及照明等附属设施→调整吊杆拉力及缆索线形。

为保证赵家沟在施工期间的正常通航，施工时航道两侧需设置临时墩，在临时墩上架设贝雷架，立模浇筑跨中段主梁。

自锚式吊桥为高次超静定结构，主缆和吊杆为主梁的主要承重结构，主缆线形和吊杆拉力决定着主梁和塔柱的受力状态以及桥面线形，主缆和吊杆必须严格按照一定的安装和张拉顺序、张拉力进行施工，才能实现设计状态。

但是施工必然存在误差，因此施工需要专门的施工控制，施工控制人员在现场对主缆线形、吊杆拉力、主梁应力、主梁线形、塔柱应力和索鞍偏位等进行量测和计算分析，给出施工必需的各项控制数据，保证桥梁在施工阶段和正常运营阶段的安全。

结束语近年来，桥梁建设正在突破传统理念的束缚，逐渐增加了对结构新颖、行车舒适、景观优美以及与周边环境协调等多方面的要求。

本桥对混凝土自锚式悬索桥又一次尝试与探索，在当地取得了一定的经济和社会效益。

该桥于2009年10月1日竣工通车，在当地已被视为又一座标志性建筑。

参考文献[1]范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2006.[2]项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京：人民交通出版社，2002.[3]中华人民共和国交通部.公路悬索桥设计规范[S].北京：人民交通出版社，2002.辽宁省建平县榆树林子一带铁矿特征与成因探讨王世和(辽宁省第四地质大队)辽宁省建平县榆树林子一带铁矿在大地构造位置上处于中朝准地台(Ⅰ)、内蒙地轴（Ⅱ）、建平台拱（Ⅲ）、宁城断凹（Ⅳ）东南缘[1]。

区域内分布的地层有太古界建平群小塔子沟组（Arjnx ）、中上元古界（Pt 2+3）地层、寒武系（∈）地层、奥陶系（O ）地层、侏罗系（J ）地层及第四系（Q ）的粘土砂土等。

太古界建平群小塔子沟组（Arjnx ）：由一套中深变质程度的铁硅建造变质岩组成，分布于榆树林子的栾家营子、小马场、从元号、深井一带，呈NE 向条带状产出。

该地层主要岩性为黑云斜长片麻岩、角闪黑云斜长片麻岩、石榴子石角闪斜长片麻岩等夹薄层状、透镜状及扁豆状磁铁石英岩。

该组地层是铁矿产出的主要层位。

矿床地质特征：铁矿体位于建平台拱铁成矿带上，产于太古界建平群小塔子沟组片麻岩之中的磁铁石英岩（原岩为铁硅质沉积岩）。

磁铁石英岩与围岩（太古界建平群小塔子沟组片麻岩）界线较明显，矿石呈灰色、亮灰色，具中粒、中细粒变晶结构，条带状构造，矿物主要为磁铁矿和石英，矿石内磁铁矿常呈连续或断续的条带与石英相间排列，铁矿石块状大部完整，当节理、裂隙发育时较破碎。

榆树林子一带的铁矿体形态不规则。

以榆树林子一带的利达铁矿两个采区的铁矿体[2]为例：矿体呈透镜状、扁豆状及似层状，由地表浅部向地下深部厚度大多数有变厚的趋势；但规模较小。

铁矿体围岩是黑云斜长片麻岩、角闪黑云斜长片麻岩、石榴子石角闪斜长片麻岩等。

片麻岩具绿泥石化、高岭土化等，这些蚀变是由于区域变质作用形成的。

区内矿石主要有用组份为Fe ，利达铁矿两个采区的铁矿体平均品位TFe24.36%。

其中斜井Ⅰ采区12条矿体，矿体长50~390m ，延深13~499m ，厚1.00~26.98m ，品位TFe20.26％~25.12%，矿体平均品位TFe23.58%。

竖井Ⅱ采区9条矿体，矿体长50~480m ，延深50~473m ，厚1.13~19.31m ，品位TFe20.13％~29.47%，矿体平均品位TFe25.06%。