兰州市新城黄河大桥设计
张雄呈，俞志国
(兰州市城市建设设计院，甘肃兰州730030)
摘 要：本文介绍兰州新城黄河大桥三跨预应力混凝土连续梁的上部变截面箱梁结构设计和预应力钢绞线
布置及施工。
关键词：预应力混凝土连续梁桥；结构设计；黄河大桥，兰州市
中图分类号：U448．215 文献标识码：A 文章编号：1009 7716(2004)03 0041—03
l 工程概况 8度设防
兰州市新城黄河大桥位于西新线终点，主要承担着312国道和109国道的车流进出市区跨河交通任务，是兰州市对外交通西干线的重要枢纽。建设前，该桥经多种桥型方案比选和造价估算分析，最终选用了主跨为1lOm的三跨连续梁桥。该桥线形简洁，与当地景观配合较好(图1)。
图1 兰州市新城黄河大桥桥型布置图
2 地质情况
桥位所在原始地貌为河床、河漫滩、一级阶地。地层结构较为简单，有两个部分：上部是第四纪全新统冲洪积碎屑沉积物，由填土、粉土、细砂和卵石组成，卵石层的最大厚度为3m；下部是白垩系页岩和砂岩组成。岩石表面受水长期侵蚀风化成泥状物。岩层是良好的基础持力层。
3 主要设计标准
3．1 设计荷载
车道荷载为城一A级
人群荷载为3．5kN／m
3．2 设计横断面
2m+15m+2m一19m．其中15m为机动车道，2m为人行道
3．3 地震烈度
4 桥梁上部结构设计
兰州市新城黄河大桥为三跨预应力连续箱梁 。桥跨布置为75m十1 lOm十75m=260m，中跨与边跨之比为1：0．68。
4．1 箱梁截面设计
箱梁横断面构造见图2。
图2 箱梁横断面图
主梁横断面设计为单箱单室，箱梁顶板全宽17m，底板宽为9m，翼缘板悬臂长为4m。由于大跨径预应力混凝土梁桥恒载自重所占比例较大。因此，在保证剪应力和主应力满足要求的条件下，应尽量减小截面尺寸，减轻自重，增加箱梁截面有效承载能力。另外，箱梁底部截面尺寸减小后，相应的主墩工程量可以大幅减小，带来的经济效益是可观的。在横断面设计中主要考虑以下几项因素：
(1)箱梁顶板在满足纵、横向预应力钢束布束情况下，采用30cm等厚尺寸，底板尺寸采用从根部1．6m变厚度到跨中0．3m，按二次抛物线变化。箱梁腹板尺寸为变值，壁厚分别lm0．7m、0．5m，呈阶梯状变化．以便于施工。(2)由于箱梁抗弯、抗扭性能好，故在设计中，仅在各支点处设置横隔板，不仅可减轻自重，也方便了施工。
(3)为减小箱梁截面尺寸，加大翼缘板悬臂长度，设置了竖向和横向预应力钢束。箱梁沿纵桥线主跨部分为变截面，箱梁底面按二次抛物线变化，边跨部分为等截面，按直线变化，箱梁梁高在主跨跨中为2．8m，在支点处为5．81TI，在边跨处部分梁高均为2．8m，其高跨比为1／19、1／4o。
4．2 预应力钢束布置
该桥设计采用三向预应力体系，纵向预应力钢束采用19 15．24ram 钢绞线；锚具采用0VM15—19型，预应力钢绞线标准强度为1860MPa，锚端张拉控制力为3563kN。纵向预应力顶板束，除配有少量下弯束外，其余均为沿桥梁中心线对称布置的带有平弯的直束，且集中锚固于箱梁腹板与顶板相接的承托处。底板束均为沿桥梁中心线对称布置的直束，锚固点也都尽量设在靠近腹板处，使作用在主梁上的预加力能通过腹板均匀地传递到整个截面上。 箱形梁预应力钢绞线布置图见图3。
顶板纵向预应力布置半平面
图3 悬臂箱梁钢束布置图
这样布束具有以下特点：
(1)顶板束集中锚固在承托中，不需设置复杂的齿板构造。
(2)在悬浇施工中，每个现浇段只需锚固4束预应力钢束，从而减少了钢束穿束、张拉和锚固的工作量，方便了施工，加快了施工进度。
(3)顶、底板平弯钢束在平面上，均为对称于桥中心线布置，这样可消除由于集中锚固而产生的横向力影响。
该桥上缘除直束外，还设有下弯束。即在1～ 4号梁段中，分别设有4对下弯预应力钢束，
其目的是为了提高靠根部主梁的抗剪应力能力。横向预应力钢束采用3 15．24mm钢绞线。采用BM15—3型扁锚锚具，预应力设计为两端张拉。张拉控制力为19．6t，钢束间距按50cm布置。竖向预应力采用032mm精轧螺纹粗钢筋，屈服强度为750MPa，张拉控制力为540kN。采用YGM锚具，预应力钢筋布置与横向预应力相同，均按50cm等间距布置，靠近边孔支点附近的腹板采用两根，跨中区段采用单根布置。另外，设计中考虑到以往大跨连梁0号块存在部分裂缝问题，设计时0号块、1号块掺加了钢纤维，钢纤维含量为60kg／m。，实践证明，0号块、1号块的设计是成功的。同时，为改善大断面箱梁在浇注时的收缩裂缝，在易产生裂缝的箱梁表面加入 6钢筋网，也取得了良好的效果。
5 桥梁上部箱梁施工
5．1 变截面部分
采用悬臂浇注法施工，各悬浇梁段划分见图
4。
图4 箱梁梁段划分图
悬臂浇注施工共分为13个梁段，梁段划分为2m+4×3．5m+5×4m+4×4．5m，最重梁段为1100kN，边孔合拢段长3m，中孔合拢段长2m。梁段的划分主要考虑以下几个因素：
(1)该桥要求在二年工期内完成，因此，适当加大悬臂浇注梁段的长度，可以加快施工进度，缩短施工工期。
(2)满足挂篮承载力的要求。
(3)尽量减少梁段规格，以利于挂篮悬浇施工。
(4)满足预应力管道的弯曲半径和最小直线长度要求。
大桥的0号块、1号块，均是在万能杆件拼装的托架上浇注完成的。位于墩顶的0号块，是悬浇施工中的重要块件，受力较为复杂，箱内普通钢筋配筋量大，纵、横、竖向预应力钢束密集，为保证混凝土浇注质量，应注意调整好混凝土的水灰比，加强振捣，注意混凝土养生温度，对于分层浇注的混凝土，避免在水平接缝处产生收缩裂纹。从2号块开始，箱梁悬浇是采用组合斜拉式挂篮施工的，通过移动挂篮、浇注混凝土、养生、张拉预应力束等步骤，逐步悬浇形成单T结构，每个块件的施工周期大约在7d左右。
5．2 等截面部分
采用满堂支架现浇混凝土法施工，该施工方法简便，不需要复杂的挂篮设备。施工时，要求支架稳定性好，变形量小。为保证施工质量，在浇注混凝土前，应对支架进行预压处理，尽量减少其初始变形。在浇注混凝土过程中，应根据施工进度，同步卸载，保证混凝土浇注质量。张拉预应力钢束时，应依次对称张拉箱梁上、下缘纵向预应力钢束，严格遵循先长后短。先里后外的张拉顺序。
5．3 合拢段施工步骤
设计合拢段温度为9℃ ～13℃。全桥共设3个合拢段，施工顺序是先浇注完成两个边孔3m段的合拢段施工，经过体系转换后，最后浇注完成中孔2m段合拢段的施工，全桥形成整体结构。在悬浇施工过程中，应加强对主梁挠度、应力、日照温差影响等的控制观测，利用这
些观测数据，修正设计参数， 便控制和调整每个施工阶段的模板立模标高，实现精确合拢。在进行合拢段施工时，应认真调整悬臂端标高，合拢前应在两悬臂端加配重预压(其重量与合拢段混凝土相同)，边浇混凝土边卸载，使在浇混凝土的过程中，两悬臂端的标高保持不变。
6 结束语
兰州市新城黄河大桥是目前国内跨径、宽度都较大的预应力混凝土连续箱梁桥，在设计中广泛参考了国内建成的同类桥梁的先进经验，在细部构造上作了一些优化，使大桥达到经济、安全、美观。
兰州市新城黄河大桥设计
张雄呈，俞志国
(兰州市城市建设设计院，甘肃兰州730030)
摘 要：本文介绍兰州新城黄河大桥三跨预应力混凝土连续梁的上部变截面箱梁结构设计和预应力钢绞线
布置及施工。
关键词：预应力混凝土连续梁桥；结构设计；黄河大桥，兰州市
中图分类号：U448．215 文献标识码：A 文章编号：1009 7716(2004)03 0041—03
l 工程概况 8度设防
兰州市新城黄河大桥位于西新线终点，主要承担着312国道和109国道的车流进出市区跨河交通任务，是兰州市对外交通西干线的重要枢纽。建设前，该桥经多种桥型方案比选和造价估算分析，最终选用了主跨为1lOm的三跨连续梁桥。该桥线形简洁，与当地景观配合较好(图1)。
图1 兰州市新城黄河大桥桥型布置图
2 地质情况
桥位所在原始地貌为河床、河漫滩、一级阶地。地层结构较为简单，有两个部分：上部是第四纪全新统冲洪积碎屑沉积物，由填土、粉土、细砂和卵石组成，卵石层的最大厚度为3m；下部是白垩系页岩和砂岩组成。岩石表面受水长期侵蚀风化成泥状物。岩层是良好的基础持力层。
3 主要设计标准
3．1 设计荷载
车道荷载为城一A级
人群荷载为3．5kN／m
3．2 设计横断面
2m+15m+2m一19m．其中15m为机动车道，2m为人行道
3．3 地震烈度
4 桥梁上部结构设计
兰州市新城黄河大桥为三跨预应力连续箱梁 。桥跨布置为75m十1 lOm十75m=260m，中跨与边跨之比为1：0．68。
4．1 箱梁截面设计
箱梁横断面构造见图2。
图2 箱梁横断面图
主梁横断面设计为单箱单室，箱梁顶板全宽17m，底板宽为9m，翼缘板悬臂长为4m。由于大跨径预应力混凝土梁桥恒载自重所占比例较大。因此，在保证剪应力和主应力满足要求的条件下，应尽量减小截面尺寸，减轻自重，增加箱梁截面有效承载能力。另外，箱梁底部截面尺寸减小后，相应的主墩工程量可以大幅减小，带来的经济效益是可观的。在横断面设计中主要考虑以下几项因素：
(1)箱梁顶板在满足纵、横向预应力钢束布束情况下，采用30cm等厚尺寸，底板尺寸采用从根部1．6m变厚度到跨中0．3m，按二次抛物线变化。箱梁腹板尺寸为变值，壁厚分别lm0．7m、0．5m，呈阶梯状变化．以便于施工。(2)由于箱梁抗弯、抗扭性能好，故在设计中，仅在各支点处设置横隔板，不仅可减轻自重，也方便了施工。
(3)为减小箱梁截面尺寸，加大翼缘板悬臂长度，设置了竖向和横向预应力钢束。箱梁沿纵桥线主跨部分为变截面，箱梁底面按二次抛物线变化，边跨部分为等截面，按直线变化，箱梁梁高在主跨跨中为2．8m，在支点处为5．81TI，在边跨处部分梁高均为2．8m，其高跨比为1／19、1／4o。
4．2 预应力钢束布置
该桥设计采用三向预应力体系，纵向预应力钢束采用19 15．24ram 钢绞线；锚具采用0VM15—19型，预应力钢绞线标准强度为1860MPa，锚端张拉控制力为3563kN。纵向预应力顶板束，除配有少量下弯束外，其余均为沿桥梁中心线对称布置的带有平弯的直束，且集中锚固于箱梁腹板与顶板相接的承托处。底板束均为沿桥梁中心线对称布置的直束，锚固点也都尽量设在靠近腹板处，使作用在主梁上的预加力能通过腹板均匀地传递到整个截面上。 箱形梁预应力钢绞线布置图见图3。
顶板纵向预应力布置半平面
图3 悬臂箱梁钢束布置图
这样布束具有以下特点：
(1)顶板束集中锚固在承托中，不需设置复杂的齿板构造。
(2)在悬浇施工中，每个现浇段只需锚固4束预应力钢束，从而减少了钢束穿束、张拉和锚固的工作量，方便了施工，加快了施工进度。
(3)顶、底板平弯钢束在平面上，均为对称于桥中心线布置，这样可消除由于集中锚固而产生的横向力影响。
该桥上缘除直束外，还设有下弯束。即在1～ 4号梁段中，分别设有4对下弯预应力钢束，
其目的是为了提高靠根部主梁的抗剪应力能力。横向预应力钢束采用3 15．24mm钢绞线。采用BM15—3型扁锚锚具，预应力设计为两端张拉。张拉控制力为19．6t，钢束间距按50cm布置。竖向预应力采用032mm精轧螺纹粗钢筋，屈服强度为750MPa，张拉控制力为540kN。采用YGM锚具，预应力钢筋布置与横向预应力相同，均按50cm等间距布置，靠近边孔支点附近的腹板采用两根，跨中区段采用单根布置。另外，设计中考虑到以往大跨连梁0号块存在部分裂缝问题，设计时0号块、1号块掺加了钢纤维，钢纤维含量为60kg／m。，实践证明，0号块、1号块的设计是成功的。同时，为改善大断面箱梁在浇注时的收缩裂缝，在易产生裂缝的箱梁表面加入 6钢筋网，也取得了良好的效果。
5 桥梁上部箱梁施工
5．1 变截面部分
采用悬臂浇注法施工，各悬浇梁段划分见图
4。
图4 箱梁梁段划分图
悬臂浇注施工共分为13个梁段，梁段划分为2m+4×3．5m+5×4m+4×4．5m，最重梁段为1100kN，边孔合拢段长3m，中孔合拢段长2m。梁段的划分主要考虑以下几个因素：
(1)该桥要求在二年工期内完成，因此，适当加大悬臂浇注梁段的长度，可以加快施工进度，缩短施工工期。
(2)满足挂篮承载力的要求。
(3)尽量减少梁段规格，以利于挂篮悬浇施工。
(4)满足预应力管道的弯曲半径和最小直线长度要求。
大桥的0号块、1号块，均是在万能杆件拼装的托架上浇注完成的。位于墩顶的0号块，是悬浇施工中的重要块件，受力较为复杂，箱内普通钢筋配筋量大，纵、横、竖向预应力钢束密集，为保证混凝土浇注质量，应注意调整好混凝土的水灰比，加强振捣，注意混凝土养生温度，对于分层浇注的混凝土，避免在水平接缝处产生收缩裂纹。从2号块开始，箱梁悬浇是采用组合斜拉式挂篮施工的，通过移动挂篮、浇注混凝土、养生、张拉预应力束等步骤，逐步悬浇形成单T结构，每个块件的施工周期大约在7d左右。
5．2 等截面部分
采用满堂支架现浇混凝土法施工，该施工方法简便，不需要复杂的挂篮设备。施工时，要求支架稳定性好，变形量小。为保证施工质量，在浇注混凝土前，应对支架进行预压处理，尽量减少其初始变形。在浇注混凝土过程中，应根据施工进度，同步卸载，保证混凝土浇注质量。张拉预应力钢束时，应依次对称张拉箱梁上、下缘纵向预应力钢束，严格遵循先长后短。先里后外的张拉顺序。
5．3 合拢段施工步骤
设计合拢段温度为9℃ ～13℃。全桥共设3个合拢段，施工顺序是先浇注完成两个边孔3m段的合拢段施工，经过体系转换后，最后浇注完成中孔2m段合拢段的施工，全桥形成整体结构。在悬浇施工过程中，应加强对主梁挠度、应力、日照温差影响等的控制观测，利用这
些观测数据，修正设计参数， 便控制和调整每个施工阶段的模板立模标高，实现精确合拢。在进行合拢段施工时，应认真调整悬臂端标高，合拢前应在两悬臂端加配重预压(其重量与合拢段混凝土相同)，边浇混凝土边卸载，使在浇混凝土的过程中，两悬臂端的标高保持不变。
6 结束语
兰州市新城黄河大桥是目前国内跨径、宽度都较大的预应力混凝土连续箱梁桥，在设计中广泛参考了国内建成的同类桥梁的先进经验，在细部构造上作了一些优化，使大桥达到经济、安全、美观。