結(jié)合項(xiàng)目現(xiàn)場的建設(shè)條件，綜合考慮技術(shù)、造價(jià)、工期、美觀、施工難易程度等影響，闡述了橋梁的布跨原則和結(jié)構(gòu)方案綜合比選，并建立有限元模型，對靜力、動力進(jìn)行計(jì)算，為高墩大跨度橋梁設(shè)計(jì)提供參考。

　　1 工程概況

　　本橋梁位于淇河鄉(xiāng)村旅游度假區(qū)桑園小鎮(zhèn)西側(cè)，盤石頭水庫下游約 5 km 處，橋位區(qū)屬侵蝕剝蝕低山丘陵地貌，地形起伏較大，橋位區(qū)地面標(biāo)高約 158.10~256.4 m。根據(jù)對橋位地形、地貌、水文、地質(zhì)等方面建設(shè)條件的分析，初步確定的橋位及主跨跨徑，并綜合考慮技術(shù)、造價(jià)、工期、美觀、施工難易程度等影響。

　　2 橋位分析

　　從擬建橋位分析圖(見圖 1)來看，區(qū)域 A、B 均為較為陡峭的山體，后期墩臺施工難度極大。因此，這 2 個(gè)區(qū)域不推薦布置墩臺。另外，區(qū)域 C 為旅游步道和淇河河岸交接位置，本項(xiàng)目推薦線路在此處具備景觀道改道的空間，C 區(qū)域具備布置橋墩的條件。圖 D 區(qū)域地勢較為平坦且不在淇河河道的影響范圍，該區(qū)域也具備布置橋墩的條件。

　　3 方案比選

　　主要橋型方案比選如下： 1)連續(xù)剛構(gòu)：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋在 120~250 m 跨徑范圍內(nèi)是一種經(jīng)濟(jì)合理的橋型，更適合于跨越深谷和江河。其設(shè)計(jì)理論明確，施工工藝成熟、安全，施工場地占用不大，運(yùn)營期行車舒適、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少[1]。但連續(xù)剛構(gòu)橋?qū)Χ崭哂幸欢ㄒ�求，利用橋墩的柔性以適應(yīng)結(jié)構(gòu)在建成后的各種變形產(chǎn)生的內(nèi)力。本橋梁處于高烈度區(qū)且橋墩較高，橋墩具有較大的抗彎、抗扭能力更有利于抗震的設(shè)計(jì)。連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)楸緲驑蛐椭�一�? 2)獨(dú)塔斜拉：斜拉橋索塔布置靈活，大跨度橋梁的立面布置通常按照河道或者深谷中心線確定主孔跨度和位置。深槽區(qū)及河道偏向北岸，在滿足防洪要求的同時(shí)，左半跨跨越淇河河道及北側(cè)山體，右半跨跨越河灘及南側(cè)山體，對稱的橋跨布置形式與橋位周邊比較協(xié)調(diào)。但造價(jià)高，因此，本項(xiàng)目不推薦。 3)拱橋方案：可考慮設(shè)置單跨上承式拱橋，本橋平面位于曲線范圍內(nèi)，對于上承式拱橋方案，主拱受力不利;其次，橋臺位置處于灰?guī)r發(fā)育區(qū)，上承式鋼筋混凝土拱橋方案基礎(chǔ)存在一定安全隱患，且位于陡坡施工不便。因此，本項(xiàng)目不推薦。綜合分析，連續(xù)剛構(gòu)工程造價(jià)低，工期短，運(yùn)營期維養(yǎng)簡單，因此，擬建橋位可考慮在 C、D 區(qū)域布置主墩的連續(xù)剛構(gòu)方案，通過主跨的調(diào)整確保邊跨跨越山體陡峭的 A、B 區(qū)域后落橋臺。具體設(shè)計(jì)如下。 1)橋跨布置及結(jié)構(gòu)體系在淇河河道北側(cè)景觀道和河岸交接位置及淇河南岸的河灘區(qū)域布置主墩，另外考慮邊跨一次跨越兩側(cè)的陡峭山體。主跨 142 m 的情況下，兩側(cè)邊跨采用 0.6 的邊中跨比可以一跨在挖方段落臺。本方案采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，橋跨布置為 85 m+ 142 m+85 m，邊中跨之比為 0.6∶1，橋臺設(shè)豎向支承。主梁分幅設(shè)計(jì)，采用大挑臂翼緣板的單箱單室混凝土變截面箱梁。每幅箱梁頂板寬 12.56 m，主墩采用單肢空心墩。基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)。橋型布置和斷面如圖 2 和圖 3 所示。 2)主梁方案：推薦采用施工較為便捷、成熟的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。 3)主墩方案：連續(xù)剛構(gòu)常用墩形有單肢薄壁墩、空心薄壁墩、雙肢薄壁墩等。鑒于本項(xiàng)目墩高較高(①號墩 66.7 m，②號墩 59.9 m)，主墩抗震能力滿足要求的前提下，推薦采用矩形薄壁空心墩。 4)連續(xù)剛構(gòu)設(shè)計(jì)方案綜述：本橋平面分別位于圓曲線 (半徑：1 100 m，左偏)，緩和曲線(參數(shù) A：432.435，左偏)，緩和曲線(參數(shù) A：479.062，右偏)上，縱斷面縱坡 2.4%;墩臺徑向布置。本橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)，分幅式布置。2幅橋面標(biāo)準(zhǔn)寬度為 25.56 m。橋面橫坡服從道路總體設(shè)置。本橋橋跨布置為 85 m+ 142 m+85 m，橋梁總長 320 m。單幅箱梁尺寸：頂板寬 12.56 m，底板寬 6.5 m，主梁懸臂長度為 3.03 m;梁高：根部 8.8 m，高跨比為 1∶16.1;跨中 4.0 m，高跨比為 1∶35.5;梁底變化曲線：2 次拋物線;頂板厚度：0.3 m;腹板厚度：0.50 m—0.65 m—0.8 m;底板厚度：根部 0.9 m，跨中 0.32 m，變化規(guī)律同梁底。主梁采用 C55 混凝土。縱向預(yù)應(yīng)力：頂板束采用采用 21 根直徑為 15 mm 鋼絞線，腹板束采用采用 19 根直徑為 15 mm 鋼絞線;采用頂板束直接錨固和腹板束下彎相結(jié)合的方式克服主拉應(yīng)力;邊跨與中跨的底板合龍束采用 15 根直徑為 15 mm 鋼絞線和 19 根直徑為 15 mm 鋼絞線。橫向預(yù)應(yīng)力束：采用 3 根直徑為 15 mm 鋼絞線，單端交錯(cuò)張拉。豎向預(yù)應(yīng)力束：采用 3 根直徑為 15 mm 鋼絞線，鋼束張拉采用低回縮二次張拉預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)。

　　4 主要計(jì)算結(jié)論

　　4.1 主梁靜力計(jì)算主梁靜力計(jì)算結(jié)果：依據(jù)空間梁格-桿系理論，采用 Midas Civil 2020 軟件進(jìn)行計(jì)算分析，均滿足規(guī)范要求。持久狀況正截面抗彎驗(yàn)算包絡(luò)圖如圖 4 所示。

　　4.2 穩(wěn)定性計(jì)算 1)施工最大懸臂狀態(tài)穩(wěn)定性驗(yàn)算[2] 施工最大懸臂狀態(tài)時(shí)按照以下工況驗(yàn)算其穩(wěn)定性。工況 1：自重——穩(wěn)定特征值為 16.59;工況 2：自重 + 橫橋向風(fēng)力——穩(wěn)定特征值為 16.59;工況 3：自重 + 縱橋向風(fēng)力——穩(wěn)定特征值為 16.59;工況 4：自重 + 梁段自重差 + 施工不平衡荷載 + 掛籃(正常)——穩(wěn)定特征值為 16.01;工況 5：自重 + 梁段自重差 + 施工不平衡荷載 + 掛籃跌落(沖擊系數(shù)取 2.0)——穩(wěn)定特征值為 16.46。 2)成橋穩(wěn)定性分析成橋狀態(tài)按照以下幾種工況進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。工況 1：自重 + 二期荷載——穩(wěn)定特征值為 20.84;工況 2：自重 + 二期荷載 + 使高墩頂產(chǎn)生最不利軸力的車輛荷載——穩(wěn)定特征值為 20.14;工況 3：自重 + 二期荷載 + 使高墩頂產(chǎn)生最不利彎矩的車輛荷載——穩(wěn)定特征值為 19.91由以上結(jié)果可知：各工況下的穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求

　　4.3 抗震計(jì)算 1)抗震設(shè)防性能目標(biāo)根據(jù)淇河大橋主橋結(jié)構(gòu)的重要性，以及震后對橋梁結(jié)構(gòu)的性能要求、修復(fù)(搶修)的難易程度，相應(yīng)于 E1 和 E2 地震作用，主橋的性能目標(biāo)如下所示： E1 地震：結(jié)構(gòu)各構(gòu)件不受損壞或不經(jīng)修復(fù)可繼續(xù)使用。 E2 地震：上部結(jié)構(gòu)和塔身、墩身、基礎(chǔ)等關(guān)鍵構(gòu)件允許發(fā)生輕微損傷;支座允許出現(xiàn)剪切失效和移位失效，但保證不落梁;允許發(fā)生不影響橋梁正常通行的殘余位移。 2)地震動參數(shù)及地震輸入地震峰值加速度為 0.20g，抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度。根據(jù) JTG/T 2231-01—2020《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的 5.2.4 條規(guī)定，阻尼比取值為 0.05。本項(xiàng)目橋梁屬于非規(guī)則橋梁，抗震分析采用非線性時(shí)程計(jì)算方法。依據(jù)空間梁格 - 桿系理論，采用 Midas Civil 2020 軟件進(jìn)行計(jì)算分析，對結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行反應(yīng)譜分析計(jì)算，分析中采用前 100 階反應(yīng)進(jìn)行組合，模態(tài)組合采用多重 Ritz 向量法，邊界條件及荷載組合如下：全橋考慮土 + 下部結(jié)構(gòu) + 上部結(jié)構(gòu)的共同協(xié)同工作抵抗縱、橫橋向地震作用。通過土彈簧模擬樁-土相互作用，取動力作用下地基坑力系數(shù) m 動等于 2.5 倍靜力作用下地基抗力系數(shù) m 靜，真實(shí)模擬樁基礎(chǔ)。基礎(chǔ)考慮沖刷后，并考慮砂土液化的影響。荷載組合Ⅰ(順橋向 + 豎向)：永久作用 + Ex 2 +Ez 2 ■ 地震作用。荷載組合Ⅱ(橫橋向 + 豎向)：永久作用 + Ey 2 +Ez 2 ■ 地震作用。其中，Ex、Ey、Ez 分別為順橋向、橫橋向、豎向地震作用的最大效應(yīng)[3]。 3)地震作用結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算本項(xiàng)目橋梁結(jié)構(gòu)驗(yàn)算按照 E2 地震控制設(shè)計(jì)，最不利位置為②號墩底順橋向，安全系數(shù)為 1.35。

　　5 結(jié)語

　　山區(qū)橋梁在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)考慮橋位地形、地貌、水文、地質(zhì)等方面建設(shè)條件，初步確定的橋位及主跨跨徑，需綜合考慮技術(shù)、造價(jià)、工期、美觀、施工難易程度等影響。確定橋型方案后，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，考慮靜力驗(yàn)算，穩(wěn)定性驗(yàn)算，且本項(xiàng)目處于高烈度區(qū)，應(yīng)按照規(guī)范進(jìn)行相應(yīng)的抗震驗(yàn)算。依據(jù)空間梁格-桿系理論建模所得結(jié)果，為橋梁方案的確定提供了重要依據(jù)。

　　【參考文獻(xiàn)】

　　[1]邵旭東，程翔云，李立峰.橋梁設(shè)計(jì)與計(jì)算[M].北京:人民交通出版社, 2007.

　　[2] 劉效堯.徐岳. 梁橋[M].北京:人民交通出版社,2012.

　　[3] 中華人民共和國交通運(yùn)輸部. 公路橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范:JTG/T 2231- 01—2020[S].北京:人民交通出版社,2020.

　　《某山區(qū)高墩大跨橋梁設(shè)計(jì)與探討》來源：《工程建設(shè)與設(shè)計(jì)》，作者：吳紅莉