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南水北调丹江口汉江大桥的设计
作者：章铁军 尤 岭 闫海青
来源：《南水北调与水利科技》2008年第01期
摘要： 南水北调丹江口汉江大桥是一座横跨汉江的特大桥，着重阐述多跨长联三向预应力混凝土连续梁的结构设计特色、设计及施工中相关技术的运用，对今后多跨预应力混凝土连续梁桥的设计具有一定的参考价值。 关键词：连续梁桥；长联；结构设计 中图分类号：TV68；U442.5 文献标识码：A
文章编号：1672-1683(2008)01-0240-04
Design of Danjiangkou-Hanjiang Bridge in the South-to-North Water Diversion Project ZHANG Tie-jun，YOU Ling，YAN Hai-qing
(Changjiang Institute of Survey， Planning， Design & Research of CWRC， Wuhan 430010，China)
Abstract：DanJiangkou-Hanjiang Bridge in the South-to-North Water Diversion is a super
project crossing Hanjiang River. This paper focuses on descriptions of the structure design features for themulti-span long coupling three dimensional prestressed concrete continuous beams， and the
applications of the new technologies in construction. Some comments with certain referencemerits can be used for the future designs of themulti-span prestressed concrete continuous bridges. Key words：continuous beams；multi-span long coupling； structure design 1 前 言
南水北调丹江口汉江大桥位于湖北省丹江口市内、丹江口水利枢纽大坝下游2 km处，全长1 128m。大桥左岸接人民路，右岸通水都大道，是集丹江口水利枢纽大坝加高工程建设需
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要，水源工程移民安置需要，左右岸居民群众生产、生活需要，水源工程运营管理和城市可持续发展需要于一体的重要桥梁。
丹江口汉江大桥于2004年11月动工兴建，2006年12月16日正式通车全桥贯通。大桥的总体立面布置见图1。 图1 大桥立面布置图
2 主要技术标准
(1) 道路等级。城市主干道Ⅱ级，双向四车道，设计行车速度40 km/h。(2) 桥面宽度。2.0m(人行道)+4×3.75m(行车道)+2.0m(人行道)，桥面全宽19m。(3) 设计荷载。大坝加高工程施工期公路I级；大坝加高工程完成后，城—A级；人群荷载，4.0 kN/m2。(4) 设计通航等级规划为内河Ⅲ级航道。(5) 洪水频率。1/100。(6) 桥面纵横坡。纵坡≤1.0%，横坡1.5%(双向)；(7) 地震设计烈度，基本烈度Ⅵ度，按Ⅶ度设防。
3 桥梁设计
3.1 总体布置
南水北调丹江口汉江大桥右岸接线始于规划的水都大道与汉江大道交叉口，桩号为K1+000，左岸接线止于人民路与沿江大道交叉口，桩号为K2+214.759，其中K1+376.806至K2+107.306为主桥，K1+073.806至K1+376.806为右岸引桥，左岸为互通式引桥。大桥全长1 128m，全宽19m。
全桥中，左岸引桥长90m ，跨径组成2×30m+30m，采用等高度预应力混凝土连续箱梁；匝道长50m ，跨径组成2×25m，亦采用等高度预应力混凝土连续箱梁；右岸引桥长300m，跨径组成3×30m+3×30m+4×30m，采用预应力混凝土T梁，先简支后桥面连续；主桥为一长联，总长730m，跨径组成50m+7×90m+50m，其上部结构采用单箱单室变截面斜腹板连续箱梁，下部采用花瓶型钢筋混凝土实体墩，钻孔灌注桩基础。
主桥九跨一联三向预应力混凝土长悬臂单箱单室斜腹板连续梁的结构设计和施工是本工程的重点和难点。
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3.2 主桥箱梁结构设计
主桥全长730m，箱梁混凝土标号C50，其中间支点处箱梁梁高5.5m，边跨直线段及主跨跨中处梁高2.7m，其高跨比分别为1∶16.4和1∶33.3。梁高变化段梁底下缘采用R=266.088m的圆曲线过渡，跨中直线段与边跨直线段长度均为10m。
箱梁横截面采用单箱单室斜腹板双悬臂截面，箱梁顶面宽19.0m，底面宽由支点处6.92m变化至跨中8.78m；箱梁底板水平，顶板采用1.5%双向横坡，单侧翼板悬臂长度为4.5m，悬臂板根部厚80 cm，悬臂板距根部2.5m折点处厚35 cm，悬臂板端部厚20 cm。箱梁顶板等厚30 cm，底板厚度由支点处80 cm变化至跨中处35 cm，梁高变化区段底板变厚35～80 cm。腹板为变厚度斜腹板，斜度为1∶3，边支点区段与跨中部分腹板厚度为55 cm，中支点区段腹板厚度为70 cm，箱梁4号、8号节段为腹板变化段，腹板厚分别为60～65 cm、55～60 cm。截面转角处设倒角过渡，横隔板仅在边跨梁端设置，横隔板厚120 cm。箱梁墩顶和跨中截面构造，见图2。
图2 箱梁截面结构图
主桥长联多跨连续、长悬臂单箱单室的结构型式，在国内的同类桥梁工程中不常见。本桥宽19m，如果采用双幅桥的型式，既不美观，又不经济，而采用单幅桥的型式，则对桥梁的横断面结构设计提出了较高的要求，经过仔细分析计算和比较，最后采用如图2所示的宽翼缘、长悬臂、斜腹板的单箱单室断面。在该断面的结构设计中，考虑了如下几方面的问题。 (1)扁平箱梁的剪滞效应。(2)长悬臂下翼缘局部区域的正弯矩、腹板面外的弯曲作用。(3)斜腹板对顶、底板附加的轴向拉、压应力效应；(4)腹板内弯束的空间布置。
顶板4.5m的长悬臂，对主梁混凝土的强度提出了较高要求；主梁采用1∶3的斜腹板，一方面优化了箱梁的断面型式，减轻了结构自重、降低了施工难度，另一方面减小了箱梁底板的宽度，从而减小了下部结构的尺寸，在本桥下部结构桥墩数量较多的情况下，产生了显著的经济效益。
九跨一联长730m的连续梁结构体系，水平力对下部的结构设计起着控制性的作用，在桥梁设计中除了在15号桥墩墩顶设置了必要的抗震挡块以外，还采用了特殊的抗震型盆式固定支座，固定支座的计算选用考虑了地震力、汽车制动力的影响；而在梁体预拱度的计算中，因为长联、合龙次数多、结构体系转换频繁、温度影响大以及施工条件等多方面的不确定因素，预拱度数值变化情况较为复杂，且具有一定的离散性，桥梁设计时只是根据假设的施工方案和计算条件给出了理论计算数值，结合具体施工完成情况来看，本桥在最后合龙时两悬臂端相对高差小于2 cm，说明本桥的预拱度设计值与实际情况吻合较好，对桥梁的施工起到了重要的指导作用。
3.3 主桥箱梁预应力体系设计