襄阳市东西轴线二跨汉江特大桥主桥设计

2017年第47卷第1期（总第242期）

Bridge Construction, Vol. 47, No. 1, 2017 (Totally No. 242)

桥梁建设

文章编号：1003 — 4722(2017)01 — 0094 — 05

襄阳市东西轴线二跨汉江特大桥主桥设计

(1.中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃兰州730030;

2.上海同济城市规划设计研究院，上海200092)

摘要：襄阳市东西轴线二跨汉江特大桥主桥为独塔混合梁斜拉桥，塔梁墩固结体系，跨径布 置为（3X60 + 320) m。主梁采用扁平箱形混合梁，其中混凝土梁长190. 5 m，钢梁长309. 5 m，钢 一混结合段长2.0 m，设在主跨侧。混凝土桥塔外轮廓呈橄榄形，横桥向由2个马蹄形断面的塔肢 构成，在桥塔内设动态风车结构。桥塔每个塔肢下各设1个承台，承台间设横向系梁，承台下行列

式布置14根?！>2. 5 m钻孔灌注桩。斜拉索采用7丝^15. 2热镀锌钢绞线，空间扇形布置。边墩及 辅助墩横桥向均设置2个矩形柱式墩，下设矩形承台，承台间设1道横向系梁，承台下接4根?！>1. 8 m 的钻孔灌注桩。采用MIDAS Civil 2010进行结构静、动力分析，结果表明该桥结构安全且布置合理。

关键词：斜拉桥；混合梁；塔梁墩固结体系；结构设计；静力分析；动力特性；有限元法中图分类号：U448.27;U442. 5

文献标志码：A

刘燕飞1，朱安静1，匡晓明2，刘从新1，王卓1

Design of Main Bridge of Second Hanjiang River

Bridge on East-to-West Axis of Xiangyang City

LIUYan-fei1 , ZHU An-jing1 , KUANG Xiao-ming2,

LIUCong-xin1 , WANG Zhuo1

(1. CSCEC AECOM Consultants Co.，Ltd.，Lanzhou 730030，China; 2. Shanghai

Tongji Urban Planning Design Institute, Shanghai 200092, China)

Abstract The main bridge of the Second Hanjiang River Bridge on the East-t〇-West Axis of Xiangyang City is a single-pylon hybrid girder cable-stayed bridge with rigid fixity system of the pylon, main girder and pier and with span arrangement (3X 60 + 320) m. The main girder of the bridge is the flat steel and concrete hybrid box girder, of which the part of the concrete girder is 190. 5 m long, the part of the steel girder is 309. 5 m long and the part of the steel and concrete joint section is 2. 0 m long and is arranged on the side of the main span. The profile of the concrete pylon of the bridge takes the shape of olive. In the transverse direction of the bridge, the pylon is comprised of the 2 pylon legs of the U-shape sections and in the pylon, the dynamic windmill structure is arranged. Under each pylon leg, each one pile cap is arranged and in between the pile

nos. of 必2. 5 caps of the pylon，the transverse tie beams are arranged. Further under a pile cap，14：

m bored piles are arranged in arrays. The stay cables are the 7-wire ^s15. 2 hot galvanized steel strands and are arranged in the spatial fan shape. For the side and auxiliary piers, in the transverse direction of the bridge, each 2 rectangular column piers are arranged and under the piers, the rec­tangular pile caps are arranged and 1 transverse tie beam is arranged in between the pile caps. Fur­ther under a pile cap, 4 nos. of ^1. 8 m bored piles are arranged. The MIDAS Civil 2010 is used to conduct the static and dynamic analysis and the results of the analysis indicate that the bridge is struc­turally safe and is reasonably arranged.

：

收稿日期：2015 —12 —15

作者筒介：刘燕飞，髙级工程师，E-mail:liuyanfei2008@126. com。研究方向：桥梁工程设计。

襄阳市东西轴线二跨汉江特大桥主桥设计

：

刘燕飞，朱安静，匡晓明，刘从新，王卓

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Key words cable-stayed bridge； hybrid girder； rigid fixity system of pylon, main girder and

pier； structural design； static analysis； dynamic characteristic； finite element method

1 工程概况

襄阳市东西轴线二跨汉江特大桥是襄阳市东西 轴线工程的控制性节点，是汉江左汊的越江工程。 大桥自西侧鱼梁洲污水处理厂起，依次跨越鱼梁洲 侧汉江大堤、汉江、东津侧汉江大堤、汉江大道，止于 楚山大道前，桥梁总长1 835 m。该桥主桥采用独塔混合梁斜拉桥。桥位河段航 道规划等级为(2)级，根据通航论证报告研究结 论m：“拟建桥梁的单孔双向通航净宽不小于279. 2

”，考虑到桥轴线的法线方向与汉江的航迹线交角

为68. 1°，另考虑墩旁防撞设施尺寸，确定该桥主跨 跨度为320 m[1]，跨径布置为（3X60 + 320) m，总长

500 m。主桥立面布置见图1。

2

主要技术标准

(1) (2) 道路等级:城市快速路。

计算行车速度：60 km/h。(3) 荷载等级:城一 A级。(4) 车道布置:双向8车道。(5)

抗震设计参数:地震基本烈度6度，基本地 震动峰值加速度〇. 〇5g，场地设计特征周期0. 35 s。

(6) 设计基本风速:V1()=27.3 m/s。

3主桥设计

3. 1

结构体系

经比选，该桥采用塔梁墩固结体系[2 4]。

3.2主梁

主梁为混合梁结构，其中混凝土梁长190. 5 m; 钢梁长309. 5 m;钢一混结合段设在主跨侧，距桥塔

中心10. 5

m，结合段长2.0 m。主梁采用等高度箱

梁，顶宽40.5 m，箱梁顶面设±2%的人字横坡，梁 底水平，标准横断面见图2。桥面布置为：3.25 m m(人行道）+l. 5 m(索区）m+ 15. 25 m(车行道）+0. 5 (中央分隔）+15.25 (车行道）+ l. 5 m(索区）+ 3. 25 m(人行道）= 40. 5 m。

(1)

钢箱梁。钢箱梁采用Q345qD钢，单箱三

室截面，中室宽16. 0 m，边室宽8. 2 m，悬臂板长

4. 05 m。标准节段长14. 0

m，每3.5 m设1道横隔 梁mm。顶板厚14 mmmm、底板厚12 mm，中腹板U厚14 、边腹板厚32 。顶、底、腹板均设置形或

板式加劲肋。钢梁采用组合桥面铺装体系，即在铺 装面层和钢桥面板之间设置1层集结构与功能为一 体的高强度高韧性混凝土，并在钢桥面板上焊接剪 力钉，在剪力钉之间布设钢筋网，以提高铺装组合层 的静力学性能、疲劳性能及其与钢板之间的界面抗

剪强度和协同一致变形能力。为提高防水及铺装面 层的抗滑移开裂能力，在混凝土与面层之间涂装高 粘结强度的界面粘结剂。

(2) 混凝土梁。混凝土梁采用C55混凝土箱三室截面，2. 65 cmm;中箱宽16.0 m，边箱宽9. 6 m，悬臂长

顶板厚28 cmcm、底板厚40 cm，中腹板厚50

、边腹板厚200 ，悬臂端部厚22 cm、悬臂根部

厚40 cm。在过渡墩墩顶设厚2. 0 m的端横梁，在 辅助墩墩顶设厚36. 0 m8 m. 0 m的中横梁，塔梁交接处设高 、宽9. 、侧壁厚70 cm的箱形桥塔横梁。 从过渡墩梁端往桥塔方向的m20 m范围内每隔4. 0 设置1道小横梁，厚50 cm;其余区段每隔4.5 m 设置1道小横梁，厚40 cm。辅助墩、过渡墩墩顶箱

室内均适当压重。

(3) 钢一混结合段。钢一混结合段的传力体系

，单

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桥梁建设 Bridge Construction

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采用填充混凝土后承压式，此处钢梁节段与混凝土 之间利用精乳螺纹钢筋和剪力钉进行连接[5 7]。3. 3桥塔及基础

桥塔采用C55混凝土，橄榄形结构，横桥向由2 个马蹄形断面的塔肢构成，塔肢断面外轮廓横桥向 宽6. 0 m、顺桥向长10. 0 m。桥塔总高161. 0 m，桥 面以上132.1m，桥面以下28. 9 m。桥塔自上而下 分为上、中、下塔柱3个部分，上、中塔柱中心线位于 椭圆曲线上，下塔柱中心线位于上、中塔柱中心线 (椭圆曲线）的切线上。中塔柱的2个塔肢自下而上 沿桥塔中心线逐渐靠拢，最终在上塔柱连为整体，下 塔柱的2个塔肢中心间距46. 0 m。在中塔柱的2 个塔肢之间设置混凝土板兼做中横梁，板中间设置 多38. 0 m的圆孔，内设1组风车。传统的桥梁结构 均为静物，结构景观效果来源于桥梁构件的轮廓，该 桥在塔顶设置旋转的风车，首次在桥梁上使用大幅 度动态结构，构思巧妙。

在下塔柱每个塔肢的下方各设置1个承台，2 个承台之间设置横向系梁，单个承台长20. 5 m、宽 19. 1m m、高6. 0 m。承台下行列式布置14根#2. 5

钻孔灌注桩。

3.4斜拉索及锚固构造

斜拉索采用空间扇形布置，主梁横向锚固点间

距33. 3 m。边跨混凝土梁顺桥向索间距为4. 0 m 和9.0 m，中跨钢梁顺桥向索间距14.0 m。斜拉索 在桥塔上锚固点顺桥向间距6. 3 m，对称于塔柱中 心线布置;最下面2对索锚固在桥塔中横梁上，其余 斜拉索在塔上竖向间距2. 4 m。全桥共设置84根 斜拉索。

斜拉索采用7丝彡s15. 2热镀锌钢绞线，根据索 力不同分别采用43,55,61，73,85,91，109根7种规 格。为提高结构耐久性，斜拉索采用新型智能防腐 体系，在传统镀锌钢绞线斜拉索的基础上增设智能 拉索系统和油脂防腐系统。斜拉索在塔端设置内置 式液压减振器，梁端设置外置永磁调节式磁流变阻 尼器。

在钢梁上焊接钢锚箱进行斜拉索锚固，在混凝 土梁上设置锚槽进行锚固；斜拉索在桥塔内采用混 凝土齿块锚固。斜拉索安装时在主梁端锚固，在塔 端张拉。3.5边墩、辅助墩及基础

边墩横桥向设置2个矩形柱式墩，墩身截面尺 寸为2. 5 mX4. 5 m，下设矩形承台，承台下接4根 多1.8 m的钻孔灌注桩。为抵抗横桥向地震力作用，

在2个承台之间设置1道横向系梁。辅助墩及基础布置与边墩相同。3.6施工方案

主桥的所有基础均位于水中，实测最大水深达

8 m，采用双壁钢围堰施工工艺。

桥塔塔柱采用爬模法现浇施工。为确保施工定 位准确，塔柱内设置劲性骨架。由于桥塔为曲线形 结构，为保证施工过程塔柱的结构安全以及桥塔空 间线形符合设计要求，每施工2〜3个塔柱节段，需 在2个塔肢之间设置1道临时横撑并施加水平对 顶力。

边跨混凝土梁段采用钢管桩支架现浇施工。在 墩旁设置支架，将钢一混结合段与混凝土箱梁同步 施工。主跨钢梁在工厂内分节段预制，运输至现场 后利用梁上的悬臂吊机逐段吊装后焊接。

斜拉索的安装及张拉与钢梁安装保持同步，并 在监控指令下进行施工作业。

4

结构计算

Civil采用土木结构通用有限元分析程序MIDAS

2010建立主桥空间模型（图3)进行分析。桥

塔及主梁均采用梁单元模拟，斜拉索采用只受拉桁 架单元模拟。由于该桥为塔、梁、墩固结体系，各连 接处采用共节点的方式以模拟结构的固结状态；主 梁在辅助墩及过渡墩位置采用一般支承模拟纵向活 动支座；桥塔塔底固结;斜拉索与主梁及桥塔节点的 连接采用刚性连接模拟，按结构施工的顺序模拟施 工过程[8]。全桥共划分为842个单元，880个节点。

4.1

静力计算

经计算，施工阶段，混凝土主梁最大拉应力为

1. 6 MPa，最大压应力为12. 3 MPa;钢主梁最大拉 应力为59. 0 MPa，最大压应力为128. 2 MPa;混凝 土桥塔最大压应力为11. 〇 MPa，以上各力学指标均 满足规范要求。

运营阶段，混凝土主梁上缘最大压应力为12. 3

襄阳市东西轴线二跨汉江特大桥主桥设计 刘燕飞，朱安静，匡晓明，刘从新，王卓

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MPa、最小压应力为0. 3 MPa，下缘最大压应力为

13. 9 MPa、最小压应力为1. 7 MPa;钢主梁上缘最 大压应力为127. 1 MPa、最大拉应力为78. 7 MPa， 下缘最大压应力为151. 7 MPa、最大拉应力为141. 8 MPa;斜拉索的最大拉应力为674. 8 MPa，最大应力 幅为174. 9 MPa;混凝土桥塔最大压应力为15. 4 MPa。静活载作用下，主跨最大竖向位移为437.9 mm，以上各力学及刚度指标均在规范容许范围内。

断面，由桥面处的直线段至塔顶沿弧线逐渐合拢，造 型新颖别致、景观效果佳、地标性强。

(2) 在中塔柱的横隔板上设置圆孔，内置风车， 常风吹拂下会自动旋转，也可适量发电，寓意科技襄 阳、绿色襄阳的美好发展愿景。

(3) 斜拉索采用智能拉索系统和油脂防腐系 统，可有效监控索力变化，并提高斜拉索耐久性。襄阳市东西轴线二跨汉江特大桥建成后的效果 4.2动力特性及结构线性稳定性

主桥前5阶动力特性分析结果及运营阶段考虑 活载作用后结构的线性稳定安全系数[9]见表1。由 表1可知，桥塔1阶纵向失稳模态的线性稳定安全

系数々 = 15. 1>4,满足规范要求。

表

1

前

5阶动力特性及考虑活载后结构线性稳定安全系数

Tab. 1 and Safety Coefficients First 5 Orders of Dynamic Characteristics Stability Considering Live of Structural Load

Linear

阶次

自振频 率/Hz

周期/s

振型描述结构线性稳定 安全系数

10. 3562. 810主梁一阶竖弯15. 120. 5101. 960桥塔一阶横弯16. 030. 6381. 566主梁二阶竖弯25. 340. 7231. 383主梁一阶横弯26. 65

0. 799

1. 251

桥塔一阶纵弯 主梁三阶竖弯

28. 9

4.3空气动力稳定计算

颤振检验风速[

U = 44. 43 m/S。由于颤振稳

定性指数If = 〇.885<2. 5,按相关规范的规定进行

桥梁颤振临界风速的计算。估算施工阶段颤振临界 风速VCT = 191.5 m/s>[U

，施工阶段颤振稳定性

满足要求；运营阶段弯扭耦合颤振临界风速=

263. 5 m/s>[U

，表明结构抗风稳定性良好。

4. 4

抗震计算

考虑相邻两联引桥作用效应及粧一土作用效 应，采用MIDAS Civil 2010建立主桥抗震分析模 型[1°]进行抗震计算。经计算：E1地震作用下，各辅 助墩、过渡墩处于弹性阶段；E2地震作用下，桥塔及 基础仍处于弹性阶段，强度满足规范要求；2个过渡 墩、靠近边跨梁端的辅助墩墩底均进入塑性状态，经 验算墩顶位移均满足规范要求。

5

结语

襄阳市东西轴线二跨汉江特大桥主桥采用独塔 混合梁斜拉桥，主跨跨度320 m，在同类型的桥梁中 位居前列。该桥结构具有以下特色：

(1)桥塔外形轮廓为橄榄形，塔柱采用马蹄形

如图4所示，建成后将成为襄阳市的又一特征建筑。

Fig. 4 图

4襄阳市东西轴线二跨汉江特大桥效果图 Bridge Artist’s on East-to-West Axis Rendering of Second Hanjiang Riverof Xiangyang City

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1982 —，男，高级工程师

2003年毕业于合肥工业大学土木

工程专业，工学学士，2006年毕业 于合肥工业大学桥梁工程专业，工 学硕士。研究方向：桥梁工程设计 E-mail：liuyanfei2008@126. com

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LIU Yan-fei

ZHU An-jing

KUANG Xiao-ming

LIU Cong-xin

WANG Zhuo

朱安静1969 —，男，教授级高工

1991年毕业于同济大学桥梁工程 专业，工学学士。研究方向：桥梁工 程设计E-mail：zhuanjingwh@ 163. com

匡晓明1968—，男，讲师

1991年毕业于同济大学城市规划 专业，工学学士，1994年毕业于同 济大学城市规划专业，工学硕士。 研究方向：城市规划E-mail：kxmllll@vip. sina. com

刘从新1987 —，男，工程师

2009年毕业于中南大学土木工程 专业，工学学士，2012年毕业于中 南大学桥梁工程专业，工学硕士。 研究方向：桥梁工程设计 E-mail ： 569351202@qq. com

王卓1988 —，男，工程师

2010年毕业于湖南大学土木工程专业，工学学士，2012年毕业于湖南大学桥梁工程专业，工学硕士。研究方向：桥梁工程设计E-mail：228538930@qq. com

(编辑：叶青)