怀化高堰西路舞水大桥主桥设计

梁桥；(190 + 110) *为钢一混混合梁独塔自锚式悬索桥；西岸39.9 *为预应力混凝土直线梁桥。预应力混凝土梁采用单箱 6室截面，钢梁采用封闭箱形截面。2根主缆采用空间形式的预制平行钢丝索股(PPWS)，矢跨比为1/11. 5。桥塔采用门形结

构，基础采用水下混凝土嵌岩桩。大桥采用先梁后缆的施工方法。利用有限元软件对大桥进行整体结构计算和局部应力分 析，结果表明大桥的主缆和吊索应力、主梁应力均满足规范要求。关键词：自锚式悬索桥；钢一混混合结构；预应力混凝土连续梁；主缆；门形桥塔；桩基；桥梁设计；有限元法中图分类号：U448.25；U449.1

文献标志码:A 文章编号：1671 — 7767(2019)05 —0007 —051 工程概况向支撑采用2个10.0 MN球型钢支座；横桥向约束

舞水大桥位于湖南省怀化市经济开发区规划中 的高堰西路，桥址处两岸地形起伏不大，东岸岸坡相 对较陡，坡度为25°〜30°。该工程为城市桥梁，对景观

采用2个5MN球型钢支座，置于塔柱内侧与钢箱

梁外腹板之间。两侧桥墩分别设置45 MN、25 MN 和15 MN球型钢支座，全桥共计15个。该工程为 城市主干道，设计速度50k*/h。双向8车道设计，

有一定要求+1司。舞水大桥主桥桥跨布置为(49.9 +

40 + 190 + 110 + 39. 9) *(见图 1),全长 443. 28 *。两侧设非机动车道、人行道，桥面宽45 *。设计荷 载等级为城一A级。东岸(49.9 + 40) *为预应力混凝土曲线连续梁桥； 西岸39. 9 *为预应力混凝土直线梁桥；(190 +

110) *为钢一混混合梁独塔自锚式悬索桥。高铁南站(东)49.9 40443. 281901102主桥结构设计经开区(西)21 主梁锚 (49 9+40) *、

锚 39 9 * 采用预应力混凝土箱梁；(190 + 110) *桥跨采用钢一 混混合梁，钢一混结合面设置在距桥塔中心线顺桥

东岸锚跨曰07. 539西乍锚跨向东侧179.5 *及西侧98.5 *处，2个结合面中间

|j^+221. 16H百年一遇 |着娜最高通航水位钢箱梁结构长278 *,东岸混凝土过渡段长10. 5 *,西岸混凝土过渡段长11.5 *。东岸锚跨梁位于

肿.5④单机P1. 5(Q)②“2①皿卜©2③洪水位

半径为500 *的平曲线及相应缓和曲线上，西岸锚

梁为直线梁。211 钢 梁钢箱梁主体结构采用Q345qD钢「4灯，呈封闭式

图1舞水大桥主桥总体布置桥塔为钢筋混凝土门形桥塔，塔高98. 15 *；主

桥基础为钻孔灌注桩群桩基础。主缆为空间形式， 矢跨比为1/11.5,锚固于钢梁悬臂根部。190 *桥

箱形截面，设2%的桥面横坡，人行道范围设置1% 桥面横坡。全桥共36个钢箱梁节段，标准节段长度

跨设置23对吊索，110 *桥跨设置13对吊索，距桥

为7.0*。钢箱梁总宽45. 0 *,顶面宽40. 6 *,底 面宽38*,两侧挑臂板各宽2.2*。桥梁中线处梁 高3.6*。钢箱梁横断面如图2所示。塔最近的2对吊索与桥塔中心线顺桥向间距为10. 0*,其它吊索顺桥向基本间距为7. 0*。桥塔处竖收稿日期：2018 — 12 — 17基金项目：河南省重点研发与推广专项(科技攻关)(192102310227)作者简介：杨 纪(1979 —\"，男，高级工程师，2001年毕业于华中科技大学土木工程专业，工学学士，2006年毕业于华中科技大学桥梁与隧道工 程专业，工学硕士(E-mail： 2525025@qq. com)。11/2吊点位置1/2标准段世界桥梁 2019,47(5)2 250250 十200十 300

2 2501 4251 425艸 300 「200] 250护栏 索区人行道非机动车道 3 cm防滑面砖‘2 cm砂亲人行道索区 护栏3 cm防滑面砖 非机动车道2 cm砂浆，吊索中心线J u u U车行道车行道U U L/ Uu v U UOO220打350O7 U U UU U UJ U U UV UV L/ |U kJ U it/ U Uu u u in:uuruvvwvrOOOOC4 060/21 900c r\\ r\\4 060/21 900r c c rx c十220350单位：cm图2钢箱梁横断面钢箱梁顶板采用正交异性板，钢板厚16 mm,U

肋厚1 mm。钢箱梁底板厚12 mm,U肋厚6 mm。 钢箱梁共设4道腹板，外腹板间距31. 0 m,内腹板

中心间距11. 0 m,板厚均为16 mm；腹板单侧设置I

形纵向加劲肋和T形竖向加劲肋。根据吊点位置, 钢箱横隔板分为吊点横隔板和标准段横隔板：吊点 横隔板采用实腹式（竖向加劲肋间设置半径为600

mm的圆孔，供施工、维修及养护使用），标准段横隔

板采用框架式。靠近外腹板处的吊点横隔板厚32

mm,其它位置厚16 mm；标准横隔板由上部隔板和

下部隔板组成，板厚均为12 mm。隔板两侧设置水

图3 东岸钢一混结合段构造平和竖向加劲肋。钢梁托架悬臂长3.5 m,设置在 横隔 置 。桥跨两端混凝土箱梁（含2 m结合段）长度分别为

10. 5 m（东）及11. 5 m（西），西岸锚跨混凝土箱梁长

2.1.2钢一混结合段39. 9 m。混凝土梁采用C50单箱6室箱梁结构，梁

钢一混结合面位于距桥塔中心线顺桥向东侧179.5 m 及西侧 91.5 m 处。（190 +110） m 桥跨采

体标准断面高3. 51 m,梁顶总宽41. 0 m（锚固段范 围顶面加宽至47. 5 m），顶板厚0. 3 m,底板厚0. 25

m,腹板厚由跨中处0. 5 m渐变至支点附近0. 7 m；

用钢一混结合段构造，在钢一混结合段处设置厚2. 0

m的混凝土横梁。东岸侧的混凝土梁段长10.5 m,

采用纵横向预应力体系，纵向预应力钢束采用19 —

箱底宽44. 9 m；西岸侧混凝土梁段长11. 5 m,结合

段混凝土悬臂1. 65 m,箱底宽44. 2 m。钢箱梁底 板在结合处变宽，与顶板一并伸入混凝土截面中。 钢一混结合面处端隔板采用70 mm厚的抗层状撕 裂钢板，钢板内侧设置剪力钉来传递剪力，并起到增 加钢结构和混凝土结合能力的作用。钢一混结合段 的钢箱梁采用U肋上加焊T形加劲肋方式，箱梁顶

0s 15. 24 mm、12 — 0s 15. 24 mm、5 — 0s 15. 24 mm 低 松弛钢绞线，顶板横向预应力钢束采用3 — 015. 24

mm低松弛钢绞线；190 m桥跨混凝土箱梁段主缆

锚固位置横梁处梁高为6. 5 m,锚固横梁范围外主 缆锚体部分梁高由6.5 m渐变至3.51 m,110 m桥混凝土 梁段主缆锚 置横梁 梁高为7 0

m,锚固横梁范围外主缆锚体部分梁高由7.0 m渐

板厚16 mm,底板厚由12 mm渐变至16 mm,腹板 厚由16 mm渐变至24 mm。混凝土梁及钢箱梁之 间的剪力传递通过剪力钉实现，剪力钉间距150

mmX 150 mm。在混凝土段顶、底板及腹板均布置

变至3. 51 m。锚跨混凝土箱梁1/2标准横断面如

4。2.2缆索系统2根主缆采用预制平行钢丝索股（PPWS），每根

预应力筋，锚固端在厚钢板上。东岸钢一混结合段

主缆由37股平行钢丝索股组成，每股含12705. 1

mm、抗拉强度1 770 MPa的镀锌高强度钢丝，主缆

构造如图3所示。2.1.3混凝土箱梁直径为316 mm（索夹处）和391 mm（索夹间）。主

东岸锚跨混凝土箱梁长19. 9 m,（190 + 110） m缆横桥向间距为39. 90（39. 20）〜47. 0 m,形成了立怀化高堰西路舞水大桥主桥设计 杨 纪，李 杰，怀臣子，冯冠杰，杜国鹏9250 300 42550/2人行道*1凶 r*1 车行道*1非机动车道仝 1一2%单位：cm图4锚跨混凝土箱梁1/2标准横断面面、侧面和平面均为曲线的空间线形$吊索采用单

吊索结构，全桥共36对,索体由！5.1 **的镀锌高 强钢丝组成，吊索横桥向间距39. 4 *,顺桥向索距

7. 0 *,最短吊索长3. 454 *,最长吊索长69. 957

*;吊索横向倾斜角度为2. 852 4°〜6. 363 4°,主缆

与吊索形成空间斜索面$吊索上下锚头均采用冷铸

锚,上锚头由锚杯与叉形耳板螺纹连接，索梁锚固采 用锚管式构造$东岸主缆散索点位于2号墩靠主桥侧6 *处, 索股穿过预埋钢管散开锚固于混凝土段，宽度为

4 55 *; 主缆散索 于4 号 靠主桥侧6 *处，索股穿过预埋钢管散开锚固于混凝土段上，宽度

为5.7*。东岸散索点构造如图5所示$

800

600

450

图5东岸散索点构造索夹由上、下半索夹通过高强度螺栓连接而成,

沿主缆方向索夹最长1. 63 *、最短0. 59 *$主索 鞍采用铸造结构，鞍头和鞍身整体铸造$散索鞍上、

下套体均采用全铸结构，下套体与底座板间设双向

活动支座，以适应施工中的滑移和成桥后主缆在活

载作用下的微量滑移。散索套本体分为上、下对合

2部分,用高强螺杆连接紧固$2. 3桥塔及基础桥塔为钢筋混凝土门形结构，塔高98. 15 *,塔

柱为逐级向上的渐变台阶式塔柱，塔柱间净距41. 2

*;桥塔塔身采用C50混凝土，上横梁为预应力钢筋

混凝土结构，梁高6. 8 *,宽5. 4 *,顶、底板厚80

c*,腹板厚80 c*$桥塔承台采用C35混凝土，每

个承台横桥向宽19. 2 *、顺桥向宽19. 2 *、厚5. 0

*,分离式设置，承台下设16根长42. 0 *、直径2. 0

*、中心距5.2 *（横桥向4排,顺桥向4排）的C30 水下混凝土嵌岩桩$桥墩采用C40混凝土，桥墩承

台采用C35混凝土，桥台及其承台采用C30混凝

土，桥塔与基础立面如图6所示$图6桥塔与基础立面3 施工方案水上施工采用简易栈桥运输方案，预应力混凝

土箱梁主要采用支架现浇方法施工，钢箱梁采用工

厂制造、工地拼装和顶推相结合方法施工,主缆施工

采用预制平行钢丝索股逐根架设法（PPWS法\"$首

先进行下部结构施工，依次进行施工准备和场地平 整、临时设施施工，群桩基础施工和承台浇筑，桥塔 和墩台的施工，并进行临时墩、锚跨混凝土梁支架和

钢箱顶推平台的搭设;随后进行上部结构施工,采取

先梁后缆的施工顺序，进行钢箱梁的顶推直至主梁 合龙;然后进行缆索系统施工,缆索系统的施工采用

传统的PPWS法完成；最后进行结构防腐，桥面铺 装$4结构计算分析4. 1整体分析分别采用BNLAS和MIDAS Civil进行主桥整

体分析⑺门。结果表明，成桥阶段桥塔最大压应力 为5. 7 MPa,运营阶段最大压应力为9. 6 MPa；钢箱

梁最大拉应力为86. 6 MPa,最大压应力为150 MPa$

190 *及110 *桥跨主缆、吊索应力如表1所示$由表1可知，在成桥阶段和运营阶段，主缆最大 应 力 752 8 MPa#最 应 力 449 3 MPa ; 吊 索 最 大 应

力 615 2 MPa#最 应 力 314 4 MPa $10表1

190 ＞及110 ＞桥跨主缆、吊索应力主缆应力/MPa 吊索应力/MPa桥跨/* 阶段最大值 最小值 最大值最小值190成桥602 9449 3422 8409. 7运营752 8488 1547 1446. 7110成桥602 9514 9459 3314. 4运营752 8559 1615 2329. 0根据《公路悬索桥设计规范》(JTG/T D65-05 —

2015)规定，该桥主缆抗拉强度设计值为956 MPa,

吊索抗拉强度 值为759 MPa,成桥及运营阶段主缆、吊索应力 求+12-13] $4.2局 析针对桥塔鞍座、吊索主梁锚固区、钢一混结合

段、锚固段、锚跨连续梁结构等受力复杂的局部结

构，采用大 用 ANSYS进行分析「⑷。限于 篇幅，仅列举吊索一钢箱梁锚固区的局

析$锚管中心线沿两侧顺桥向各取5. 25 *,采用Shelll81

单元进行离散，单 97 389个$吊索锚固区算模 7

$图7吊索锚固区计算模型不利工况下最大吊索力为1 191. 8 kN,模拟为

分布在锚垫板的 上 力，方向沿锚管轴向向上$由计算结 知，吊索锚固区结构在最大吊索 力作用下,Von Mises应力为0〜151. 32 MPa,远离

锚管的钢箱梁结构应力 ，约为0〜16. 8 MPa,且主要是对钢箱梁外腹板的影响，其它结构Von Mi­

ses 应力基本无影响(接近于0),可见吊索力影响范

围有限，仅限于锚固区局部范围，锚管局部Von Mi­

ses 最大应力为156. 54 MPa$桥塔鞍座、吊索主梁锚固区、钢一混结合段、

锚固段、锚跨连续梁结构等受力复杂 进行局部

压力分析, 侧混凝土最大主应力为一5〜2. 3 MPa,最小主应力为一14. 9〜1. 4 MPa；西岸侧世界桥梁 2019,47(5)混凝土最大主应力为一4. 7〜2. 5 MPa,最小主应力 为一24.7〜0.5MPa$由于局部分析模型无法考虑

收缩徐变及活载等效应，因此仅分析了局部结构在

自重、预应力效应和主缆影响下的变形和应力结

由计算结 知，大桥结构 本合 余了应力 ，主应力幅值没有超过 限值,规范要求+12-13] $ 于局部应力较大的部位，可过改变板厚、增加加劲肋或者 局部配筋予以改善$5结语高堰西路舞水大桥为城市主干道工程，结

构造型要求较高，(190 + 110) *桥跨采用钢一混混 合梁独塔两跨自锚式悬索桥，不仅

使用功能要求，而且适应 桥梁的景观需求，在保持悬索桥优 的线形和错落有致的外观的同时，避免了大体积 锚碇

。整体分析结果表明，桥梁结构受力 :;受力复杂部位的局 析表明，结构局部应力分布合理，满足规范相

求$大桥于2017年11月开工建设，预计2020年竣工通车。参 考 文 献：[1,王鹏宇.重庆几江长江大桥主桥设计[J,.桥梁建设,

2017,47(2):72 — 77.[2, 丁志威，梁司彪，曾令煌.泓口大桥自锚式悬索桥主桥设

计 J 桥梁建设,2013,43(1))5 — 70.[3,黄河勘测规划设计有限公司.怀化市高堰西路舞水大桥

工程施工图设计图纸[Z,.郑州，2017.[4,刘 斌，马 健，汪 磊，等.云南金安金沙江大桥总体

设计[J,.桥梁建设,2018,48(1))2 — 87.[5,胡辉跃，徐恭义，张燕飞.武汉青山长江公路大桥主桥主

梁设计关键技术[J,.桥梁建设,2018,48(5) )1 — 85.[6,申俊昕，刘斌，李翠，等.云南龙江大桥主桥结构设

计与整体分析[J,.桥梁建设,2014,44(1) )9 — 94.[7,周萌，聂建国.自锚式悬索桥主缆锚固区多尺度建模

方法[J,.桥梁建设,2014,44(1))1 — 17.[8,陈国红，宋晓莉.桃花峪黄河大桥吊杆一主梁锚固区受

力分析[J,.桥梁建设,2014,44(3))4 — 50.唐贺强，曹洪武，万田宝.重庆寸滩长江大桥主桥设计

[J, 桥梁 201343(3))71—76[10,聂建国，陶慕轩,樊健生，等.自锚式钢箱梁悬索桥主缆

锚 区受力 能 [J, 土 201144(8))[11, 80聂 —94国# 萌# 同 # 于 度模 的自锚式钢 梁悬索桥主缆锚 区受力 能

[J, 土201447(6))57—69怀化高堰西路舞水大桥主桥设计 杨 纪，李 杰，怀臣子，冯冠杰，杜国鹏11[12] JTGD64 — 2015,公路钢结构桥梁设计规范[S]. [13] JTG/T D65-05 — 2015,公路悬索桥设计规范[S].

[14]郑州大学土木工程学院.怀化市高堰西路舞水桥工程自锚悬索桥结构局部分析报告[R].郑州，2017.Design of Main Bridge of Wushui Bridge on

Wett Gaoyan Road in HuaihuaYANG Ji1，LI Jie2，HUAI Chen-zi1，FENG Guan-jie2，DU Guo-peng2(1. Yellow River Engineering Consulting Co. , Ltd. , Zhengzhou 450003，China； 2. School of

Civil Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China)Abstract： The Wushui Bridge on West Gaoyan Road in Huaihua has six spans of 49. 9， 40，

190， 110，and 39. 9 m . The east two spans of 49. 9 and 40 m form a prestressed concrete curved

continuousbeambridge#thecentraltwo spans of 190 and 110 mformasingletowerhybridgirder

self-anchoredsuspensionbridgeandthe west span of 39 9 m is a prestressed concrete straight

beambridge Theprestressedconcretebeamadoptsasix-celsingleboxcross-sectionandthesteel beamadoptstheclosedboxcross-section Thetwomaincablesareformedofprefabricatedparalel

steelwirestrands (PPWS)#witharisetospanratioof1/11 5 Thetowerisaportal-framestruc- ture#restingonthefoundationformedoftremieconcreterock-embeddedpiles Theconstructionof

thebridgeproceededfromthegirdertothecables Thefiniteelementsoftwarewasusedtocalcu-

latetheoveralstructureandanalyzelocalstresses Theresultsshowthatthestressesinthemain cables，hanger cables and main girder of the bridge all meet the code requirements.Keywords： self-anchoredsuspensionbridge；steel-concretehybridstructure；prestressedcon-

cretecontinuousbeam；maincable；portal-frametower；pilefoundation；bridgedesign；finiteele-

mentmethod（编辑:赵兴雅）