重庆菜园坝长江大桥结构细节设计

戴洁

【摘 要】重庆菜园坝长江大桥主桥为组合式刚构-系杆拱拱式桥梁结构体系,设计上采用钢与混凝土的材料组合,同时又采用预应力刚构与钢箱系杆拱的结构组合.结构的细节设计是确保该桥体系成立的关键,又是确保大桥安全营运的基础.简要阐述该桥的边墩接头、系杆锚固键、钢混凝土接头及前次横梁等部分结构细节设计. 【期刊名称】《铁道标准设计》 【年(卷),期】2007(000)009 【总页数】3页(P32-34)

【关键词】系杆拱桥;钢混凝土接头;边墩拉杆;系杆锚固键;前次横梁;设计 【作 者】戴洁

【作者单位】广东交通职业技术学院公路学院,广州,510650 【正文语种】中 文 【中图分类】U448.22 1 概述

菜园坝大桥工程由菜园坝大桥正桥、菜园坝立交、苏家坝立交、南城隧道、南城立交及海铜路改造工程组成。正桥主桥(图1)采用刚构与提篮式钢箱系杆拱、桁梁的组合结构。系杆拱桥主跨420 m，对称布跨的边跨和侧跨分别为102 m及88 m，主桥总长800 m。

重庆菜园坝长江大桥主桥上层桥面设6车道加双侧人行道，行车道宽度2×3×3.75 m，中央分隔带宽度1.0 m，两侧路缘带宽度2×2×0.5 m，人行道宽度2×2.5 m。汽车荷载按城—A级进行设计，设计行车速度V=60 km/h。在主桥下层桥面，即钢桁梁的下横梁上布置双线城市轻轨，采用跨座式单轨交通车辆，设计行车速度V=75 km/h。菜园坝长江大桥主桥设计基准年限100年。 图1 重庆菜园坝长江大桥主桥总体布置(单位：m) 2 关键结构细节

关键结构构造设计使桥梁设计理念得到实现。考虑到重庆菜园坝长江大桥主桥的设计寿命为100年这一因素，将结构构造设计基本原则定为：保证安全、耐久、可实施性，有选择地保证特殊构造或结构单元的可更换性设计。考虑到篇幅所限，仅对菜园坝长江大桥边墩接头、系杆锚固键、钢混凝土接头及前次横梁(图2)等关键构造设计的考虑、设计构思及设计细节简要陈述。 图2 关键结构示意 2.1 边墩接头(图3) 图3 边墩接头示意

边墩接头是预应力混凝土Y形刚构后悬臂、边跨系杆、边墩及竖向拉杆与Y形刚构后次横梁5个主要结构单元的节点。边墩接点的主要结构性能有：锚定Y形刚构后悬臂的纵向预应力筋、锚定边跨系杆索体、锚定竖向拉杆索体、连接Y形刚构后次横梁、锚定临时施工扣索。

系杆承压板采用50 mm的钢板与外直径405 mm，壁厚20 mm的系杆预埋管焊接在一起，竖向拉杆承压板采用20 mm的钢板与外直径245 mm，壁厚10 mm的拉杆预埋管焊接在一起，形成系杆和拉杆局部传力骨架，在系杆承压板与拉杆承压板的角点处采用防剥落加劲板，防止角点处混凝土开裂和剥落，影响结构的耐久与适用性。

千斤顶与竖向拉杆及边跨系杆索一起，组成了一个主动控制系统，通过千斤顶或竖向拉杆可以控制、调节Y形刚构与主墩内力，达到在施工过程中对结构实施主动控制的目的。

通过ANSYS局部分析混凝土最大压应力21.6 MPa，拉应力2.876 MPa。 钢板及预埋管最大压应力134.3 MPa，拉应力33.8 MPa。 2.2 系杆锚固键

系杆锚固键(图4)的结构功能主要有：抵抗来自边跨系杆和中跨系杆的强大拉力，对边、中跨系杆索实施锚定；将边跨系杆与中跨系杆的拉力差安全传递给Y形刚构前悬臂，对Y形刚构前悬臂实施“体外预应力”，确保刚构前悬臂能够承受来自系杆中拱的巨大竖向压力。 图4 系杆锚固键构造

中跨系杆承压板采用50 mm的钢板与外直径440 mm，壁厚20 mm的系杆预埋管焊接在一起，边跨系杆承压板采用50 mm的钢板与外直径405 mm，壁厚20 mm的边跨系杆预埋管焊接在一起，形成中跨系杆和边跨系杆局部传力骨架，系杆承压板外包混凝土，在角点处采用防剥落加劲板，防止角点处混凝土开裂和剥落，影响结构的耐久与适用性。 2.3 钢混凝土接头

菜园坝长江大桥钢箱拱肋与预应力混凝土Y形刚构的组合(图5)构造是“组合”设计理念中材料组合与结构组合可实施性的构造基础。钢混凝土接头强度安全性与构造耐久性设计是接头设计的核心。它将拱肋传递来的力，通过该结构细节，分传到混凝土Y形刚构上。

图5 钢混凝土接头示意(单位：mm)

钢混凝土接头的连接形式采用钢板方式。在主拱肋钢-混凝土接头处顺着钢箱的顶、底、腹板增加一些加劲肋(加劲肋板厚20 mm，箱内为32个，箱外为44个)，增

加加劲肋的作用一方面是分散拱肋传递下来的巨大应力，起到应力扩散的作用；另一方面通过72根φ32 mm的精轧螺纹钢的预加力使混凝土与钢拱肋紧密连接起来。在钢拱肋与混凝土交接面处设置一厚度为50 mm的承压板，起到进一步分散钢拱肋应力的作用；同时也为混凝土结构与钢结构的连接创造一个平面，便于施工。在承压板下面混凝土的周围设置1道高360 mm、厚20 mm的抗裂加强板，以防止钢-混凝土接头处混凝土产生局部迸裂。承压板下部平行腹板方向设置5道开孔板，板厚为20 mm，每板开12个直径为200 mm的孔，在孔中横穿与混凝土结构紧密结合的抗剪钢筋笼连接5道开孔板，从而使开孔板与混凝土能够很好地连接，进一步分散拱肋应力和加强钢-混凝土连接。混凝土结构中布置7层加强钢筋网，防止混凝土在过渡段出现开裂现象。 2.4 前次横梁

前次横梁(图6)结构功能主要有抵抗来自前悬臂及部分钢箱拱由于提篮式内倾而产生的轴向压力；将部分次边跨及部分中跨主梁产生的竖向力通过吊索，传给前次横梁，再通过前次横梁安全传递给Y形刚构前悬臂。 图6 前次横梁结构示意

前次横梁主要由前次横梁牛腿和前次横梁连接件组成，其中，牛腿为混凝土构件，连接件为钢结构箱梁，在钢结构与混凝土构件之间采用钢板式的钢混凝土接合方式。混凝土牛腿既是承重结构，又是传力结构。来自钢桁架主梁的力通过支点吊索传给牛腿，再通过牛腿传递给刚构的前悬臂。这一细节设计的好坏直接影响结构的安全。 牛腿在水平向设置3排预应力束(图7)，上排设4根15-27的预应力钢束，下面2排各4根15-22的预应力钢束。为了抵抗吊索产生的剪力，在牛腿根部附近设置了24根φ32的精轧螺纹钢，吊索预埋管为6φ351×25，牛腿混凝土与钢箱连接件之间采用40 mm的钢板。 图7 牛腿预应力布置示意

该结构细节通过试验验证，具体结论如下。

(1)在使用极限荷载工况下，前次横梁牛腿-Y构接头试件未出现可见裂缝。 (2)在承载能力极限荷载工况下，持荷53 min，试件仅在承托与前悬臂连接缝(连接面上缘)开裂，裂缝宽为0.1 mm，走为沿纵桥向，持荷过程中裂缝未扩展，卸载后裂缝闭合，表明牛腿-Y构接头能承受其设计的承载能力极限荷载。 3 结语

在结构设计中，许多设计人员，只注重整体结构的计算，而忽视结构细节的处理，由此造成结构的安全性和耐久性大大降低。由于局部细节处理不当，在施工中开裂、剥落等现象时有发生，因此，一个好的设计应该对应好的细节设计。

(1)细节设计是保证结构体系成立的关键、基础，只有好的结构细节，才能保证结构安全、耐久及可实施。

(2)重庆菜园坝长江大桥主桥设计采用材料与结构组合技术，在细节设计方面有较大的挑战，材料组合在细节设计中需要充分考虑各种材料的特性，扬长避短、合理设置；结构组合中充分考虑力的传递途径，在细节设计中将材料用在刀刃上，尽量做到物尽其能。细节设计做到优在结构、美在效率。 参考文献：

[1]JTG D62—2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]。 [2]BS5400，钢桥、混凝土桥及结合桥(英)[S]。 [3]BS2763—1982，钢桥、混凝土桥及结合桥(英)[S]。 [4]AASHO1994，美国公路桥梁设计规范[S]。