摘要： 通過結合實例，基于結構安全性、適用性、經濟性等原則，充分考慮到懸索橋的柔性優勢，提出其詳細設計思路，為同類工程提供參考借鑒。

　　關鍵詞： 懸索橋,錨碇設計,索塔設計,錨體設計

　　1引言

　　某高速公路主線全線采用雙向四車道設計標準，車速設計為80km/h，路基寬度設計為24.5m，該高速公路上設計有塔梁分離式懸索橋方案，懸索橋的主跨設計長度為1085m。本橋梁錨碇座落在半山腰的一小臺階，地形較平坦，錨碇后方為陡坡，坡度約45度，坡高約150m。

　　2懸索橋梁設計

　　本橋梁主纜的孔跨布置設計為242m+1176m+116m，主梁全長為1000.5m;主橋橫橋向設2%橫坡，橋面系寬24.5m，鋼桁加勁梁全寬27m。采用兩根主索，主索垂跨比F/L=1/9.6，主索中心距為27m，采用平面索布置;全橋采用71對吊索，吊索標準間距為14.5m，端吊索的間距29m;主跨梁高(主桁中心線處)7.5m;主梁橋臺處設豎向支座和橫向抗風支座。鑒于橋梁所處地區的地質情況，設計時有效地避開吉首岸山體裂隙和危巖體對索塔的影響，同時也避開索塔與公路隧道的相互影響。

　　主橋中央分隔帶寬度為2m，鑒于連接隧道的中央分隔帶寬度為4.4m，因此，在與隧道銜接的范圍內，中央分隔帶漸變過渡，主橋的硬路肩寬度相應壓縮。因地形和線路走向的原因，懸索橋位于0.80%的單向縱坡上。主橋總體設計中考慮主纜的理論頂點受縱坡影響，使得索塔高度和邊跨主纜的布置更合理，全橋主纜受力更均勻。

　　2.1 錨碇設計

　　錨碇作為懸索橋設計的關鍵部位，其設計是重點之一。整個橋梁的錨碇由錨體和錨固系統所組成。

　　錨體設計。本橋梁采取重力錨，錨體分錨塊、散索鞍支墩及基礎、前錨室、后錨室四部分。其中錨塊主要受預應力錨固系統傳遞的主纜索股拉力，散索鞍支墩主要承受由散索鞍傳遞的主纜壓力，前錨室、散索鞍支墩及錨塊形成一個完整的三桿件人字狀構造的空間受力構件。同實體(重力式)結構相比，采用這種桿件系統能大量降低材料用量，充分發揮材料強度從而降低造價。

　　同時考慮到重力錨由于錨碇體積比較大，為避免錨塊和散索鞍支墩基礎澆筑施工后出現收縮與溫度裂縫，錨塊和散索鞍支墩基礎共分四塊進行澆筑，各塊之間設置2m后澆段，后澆段采用微膨脹混凝土;另外為了抑制混凝土的收縮與龜裂、提高抗滲能力錨塞體混凝土摻入聚丙烯纖維網。

　　兩岸錨碇的錨體都屬于大體積混凝土結構，其溫控設計及溫控施工方案由施工單位自行設計，并由設計、監理確認后實施。此溫控設計和材料用量費用在預算中單獨列出。同時為了有效地降低大體積混凝土水化熱，錨塊、錨塞體、散索鞍支墩及基礎等部位混凝土采用低水化熱水泥，并充分考慮摻入粉煤灰后混凝土的后期活性，采用60天齡期的抗壓強度作為設計強度。錨碇各永久外露部分表面鋼筋保護層內均設一層直徑為φ5mm，間距為10×10cm的帶肋鋼筋焊網;茶洞岸錨碇各永久外露部分表面鋼筋保護層內均設一層直徑為φ8mm，間距為20×20cm的帶肋鋼筋焊網，以增強混凝土表面抗裂性能。

　　2.2 錨固系統設計

　　本橋梁設計為了有效地減少用鋼量，同時合理設計錨塊和錨塞體形狀，并節約混凝土用量，本橋采用預應力錨固系統。預應力鋼束起初沿索股發散方向布置，再按一定半徑收斂最后與大纜合力線平行錨固于后錨面，前后錨面均為大纜合力線垂直的平面。吉首岸重力錨散索長度為29米，錨固長度為25米;茶洞岸隧道錨散索長度為29米，錨固長度為43米。錨固系統設計要點如下：

　　(1)錨固系統由索股錨固連接器和預應力鋼束錨固系統構造組成。索股錨固連接器構造由拉桿及其組件、連接器組成;預應力鋼束錨固構造由管道、預應力鋼絞線及錨具、防腐油脂、錨頭防護帽等組成。拉桿上端與主纜索股錨頭相連接，另一端與前錨面的連接器相連接。索股錨固連接器由2根拉桿和連接器構成，本橋梁重力錨每根主纜有103套索股錨固單元，茶洞岸隧道錨每根主纜有103套索股錨固單元，總計錨固單元412套。

　　(2)單索股錨固單元采用15-16規格預應力鋼束錨固，雙索股錨固單元采用15-31預應力鋼束錨固，分別采用特制的15-16和15-31型錨具，其關鍵是應滿足設計所需的錨下應力不超過C30混凝土的受力要求。

　　(3)鋼絞線采用環氧樹脂全噴涂及預應力管道內灌注防腐油脂的雙重防腐體系，在前錨面設置有油脂面觀測管，橋梁運營期間根據油面觀測結果實施補充灌注，錨頭張拉端不封錨并留有換束所需工作長度。在特征位置錨固連接部分應設置壓力傳感器，施工及運營期間可隨時監測索股受力情況。預應力鋼束張拉控制應力為0.65Ryb。公稱直徑為15.24 mm，標準強度fpk=1860MPa, 技術標準應符合ASTM A416-2003的規定。在錨下混凝土達到100%強度時，方可對稱張拉預應力鋼束。為方便施工，張拉均采取后錨面單端張拉。15-16型的張拉控制力為2711.3kN，15-31型的張拉控制力為5253kN。均按雙控原則張拉，延伸量允許誤差應控制在5%以內，且不允許斷絲。張拉完畢后，從后錨面向前錨面方向壓注防腐油脂。施工單位應根據錨固系統定位要求自行設計定位支架，并由設計、監理確認后實施。本橋錨固系統所用定位支架數量在參考國內同類橋梁的基礎上并根據本橋索股的具體數量、長度、錨體體積綜合得出，實際用鋼量可按發生計量。

　　2.3 索塔設計

　　(1)本橋梁的索塔采用雙柱式門式框架結構，由擴大基礎、塔座、塔柱(上塔柱-0.8m壁厚、中塔柱-1.0m壁厚、下塔柱-1.2m壁厚)和橫梁(上橫梁、中橫梁)組成。索塔自擴大基礎頂以上高129.316m(包括防護罩高度4.3m)，塔柱橫橋向由上向下向外傾斜，傾斜斜率為內1000：58.816(塔頂中心距27m，塔底中心距41m)，塔柱設上、中兩道橫梁，塔柱底設塔座并坐落在分離式擴大基礎上。其中分離式擴大基礎高5m，單側基礎縱向×橫向分別為21mx18m，基礎嵌固在基坑內。擴大基礎為C30鋼筋混凝土結構;塔座、塔柱為C55鋼筋混凝土結構;上、下橫梁為C55預應力混凝土結構。

　　(2)塔座高6m，塔柱外輪廓縱橫向寬度均按3：1的斜率漸變，塔座縱向從上至下由9.0m(標高577.200m)變為13.0m(標高571.200m)，塔座橫向從上下由6.0m(標高577.200m)變為10.0m(標高571.200m);塔內璧輪廓縱橫向寬度均按3：1的斜率漸變;在塔座底設3.0m厚的實體段。塔柱橫向等寬6m;順橋向頂部由于索鞍需要寬度為9m(高9m)，豎向設4.5m高的過渡段，寬度從上向下由9m(標高687.216m)變為8.113m(標高682.716m)，橋塔其余部分順橋向寬度按1000：4.201的斜率漸變，由8.113m(標高682.716m)向下漸變為9.0m(標高577.200m)。塔柱為空心矩形箱結構(空心矩形外邊采用半徑R50倒角過渡)，上塔柱壁厚0.8m，塔頂設置4m的實體段;中塔柱壁厚1.0m;下塔柱壁厚1.2m。為了滿足塔柱受力和橫梁預應力錨固，對塔柱局部壁厚進行加厚。在塔柱內橫梁頂、底板對應的位置設置橫隔板，在中塔柱與下塔柱變壁厚處設有一處隔板。

　　(3)上橫梁高5.5m～8.0m，底緣為半徑25.5793m的圓曲線，寬度為8.0m，壁厚0.8m;中橫梁高5.5m～8.0m，底緣為半徑38.823m的圓曲線，寬度為7.391m～7.458m，壁厚0.8m。上、中橫梁均設有兩道0.6m厚的橫隔板。橫梁預應力錨固采用深埋工藝，錨固在塔柱外側，預應力管道采用塑料波紋管、真空壓漿工藝。

　　(4)塔柱內設人行檢修樓梯供維修人員使用，維修人員可以從地面爬塔外檢修樓梯上到塔柱進人洞進入塔柱，沿塔內檢修樓梯上行，直到中橫梁或上橫梁，通過過人洞進入中橫梁、上橫梁，由上橫梁內的樓梯到達上橫梁頂。塔柱進人洞設鋼框架，與被截斷的塔柱主筋、箍筋焊接，保持被截斷主筋的傳力連續。在塔柱、橫梁上分別設置通風孔。

　　2.4 吊索設計

　　本橋為單跨鋼桁架懸索橋，中間跨設置吊索，端部吊索J00、C00離塔中心距離分別為66m、51.5m，J00~J01、C00~C01、C01~C02吊索間距為29.0m，其余吊索中心距均為14.5m。根據吊索受力特點，并綜合考慮材料性能、制造加工、安裝維護、后期更換等因素，本橋設計采用鋼絲繩吊索，靠近主塔的三個吊點(J00、C00、C01)， J00、C01每側吊點設3根吊索，C00每側吊點設兩根吊索，通過預應力巖錨將其錨固于巖石上。其余每側吊點設2根吊索，與鋼桁架采用銷鉸式連接。J00、C01吊索設置一根CPS15B-19和四根CPS15B-9預應力錨桿，其對應的錨索設計張力分別為2960KN和1400KN,C00吊索設置一根CPS15B-15和四根CPS15B-5預應力錨桿,其對應的錨索設計張力分別為2496KN和780kN。

　　3鋼桁加勁梁

　　鋼桁加勁梁包括鋼桁架和橋面系，由主桁架、主橫桁架、上下平聯及抗風穩定板組成。主桁架為帶豎腹桿的華倫式結構，由上弦桿、下弦桿、豎腹桿和斜腹桿組成。上弦桿、下弦桿采用箱形截面，除支座處腹桿采用箱型斷面外其余均采用工字型截面。主桁桁高7.5m，桁寬27m，節間長度7.25m。一個標準節段長度14.5m，由2個節間組成，在每節間處設置一道主橫桁架。主橫桁架采用單層桁架結構，由上、下橫梁及豎、直腹桿組成，其中上下橫梁采用箱形截面，腹桿均采用工字型截面。上、下平聯均采用K形體系、箱型截面。根據風洞試驗結果，在橋面系以上和橋面系以下分別布置上、下縱向抗風穩定板。上抗風穩定鋼板高860mm，與兩道內側防撞欄結合一起(詳見另冊文件)，下抗風穩定板與主橫桁架相連，由高1000mm、帶縱向加勁肋鋼板組成。

　　4橋面系設計

　　橋面系采用縱向工字梁與混凝土橋面板的鋼-混組合結構形式。縱梁橫向間距1.92m，梁高0.63m～0.86m，簡支在主桁橫梁上弦桿上，理論跨徑7.25m，縱梁僅在兩端設置橫隔梁。橋面板采用預制混凝土板，預制板長7.21m、寬1.62m、厚0.16m。縱向接縫寬0.3m，橋面板通過接縫處縱梁上的剪力釘與縱梁相結合。各跨橋面板間采用橋面連續構造，每101.50m橋面板設一道通縫斷開，通縫設無縫伸縮縫以保證橋面美觀和行車順暢。縱向接縫采用微膨脹混凝土以改善由于砼收縮對鋼-砼組合結構的影響，橋面連續結構采用鋼纖維混凝土以提高抗裂、抗疲勞性能。橋面預制板的每根縱梁下面與鋼桁架的主橫桁架上橫梁的上翼緣板之間設置LZTZ500型盆式橡膠支座，全橋橋面系共設支座3808個。

　　5結論

　　文章結合懸索橋工程設計實例，設計時充分考慮安全及其經濟原則，發揮懸索橋柔軟的優勢，對鋼桁梁懸索橋設計的關鍵問題展開探討，結合實踐提出本工程橋梁的設計思路，旨在能為同類工程提供參考。

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