典型案例丨中交第三航务工程勘察设计院有限公司·株洲霞湾路2号桥

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　　中交第三航务工程勘察设计院有限公司（原交通部第三航务工程勘察设计院，以下简称三航院）创立于1958年，注册于上海，是中国交通建设股份有限公司的全资子公司。总部位于上海市徐汇区肇家浜路831号。

　　建院六十多年来，三航院已发展成为集工程策划咨询、规划、勘察、设计、项目管理、工程监理、工程建造、总承包、项目系统集成、运营维护、投资等于一体的综合性技术服务公司。拥有“工程设计综合资质甲级”、“工程勘察综合类甲级”、“港口与航道工程施工总承包壹级”资质证书以及“工程咨询”、“工程监理”、“工程造价咨询”、“测绘”等甲级资质证书和压力管道设计许可证，持有商务部颁发的“对外承包工程经营资格证书”，具有海外工程业务经营资格。通过了英国劳氏公司“质量、环境、职业健康安全”体系认证，推行全面质量管理。业务涵盖港口与航道工程、水利工程、建筑工程、道路与桥梁工程、市政工程、物流工程、景观工程、民用机场、园区工程等领域以及自动化、智能化等新兴业务领域，能够为全球基础设施建设提拱各种技术服务。

　　中交三航院实景

　　三航院现有职工近1000人，其中设计大师1人、国家级享受政府特殊津贴待遇专家20多人、正高级工程师及高级工程师约450人，各类注册执业资格人员约600人次，专业技术人员占全员人数的98％，具有雄厚的技术实力和丰富的工程业绩。先后承担了国内外大中型项目6000余项，足迹遍及境内30多个省份、境外50多个国家和地区。荣获国家级科技进步奖、优秀勘察设计奖、优质工程奖、鲁班奖、詹天佑奖等50余项，省部级优秀咨询、勘察、设计、优质工程等奖项300多项，拥有技术专利和软件著作权200多项；主编和参编国家级和省部级各类技术规范标准50多项。

　　三航院连续多年入选全国工程勘察设计企业勘察设计收入50强，多次被美国《ENR》和《建筑时报》联合评为年度“中国工程设计企业60强”。近年来，三航院先后获得为全国文明单位、中国优秀勘察设计院、中国企业文化建设先进单位、上海市文明单位、全国交通行业创建文明行业先进单位、上海市人才工作先进单位、上海市职工最满意企业等荣誉，并被上海市和住建部分别命名为企业文化建设示范基地（优秀单位）。

　　“长风破浪会有时，直挂云帆济沧海”，三航院正扬起风帆，在中国交建“五商中交”战略和“三者”定位的引领下，内强管理、外拓市场，强化创新，突出特色，向“国内一流、国际知名”的国际化工程咨询公司的目标迈进！

　　典型项目

　　霞湾路位于科技创新板块中部，西起湾塘路，往东止于清霞路，道路等级为城市次干路，路幅宽28m，路线全长2.662km。本期工程为清湖路至清霞路段，往东分别与清湖路、观湖路、QST16、QST17、清霞路平交，路线长1.548km。

　　霞湾路（清湖路-清霞路）新建工程道路于中心桩号K0+576.00、K1+077.5分别与新桥河高排渠、新桥河低排渠相交，全线共设置桥梁2座，分别为一号桥及二号桥（中心里程K1+077.5）。其中一号桥为简支预应力小箱梁结构，桥长40m；二号桥为钢管混凝土系杆拱结构，桥长79.46m。

　　图2 桥梁位置示意图

　　（1）总体

　　霞湾路（清湖路-清霞路）二号桥中心里程为K1+077.5，桥梁计算跨径68m，桥梁全长79.46m，结构形式为钢管混凝土系杆拱。桥梁宽度为34m，分别为：2.5m（人行道）+2.5m（非机动车道）+4.5m（分隔带）+15m（机动车道）+4.5m（分隔带）+2.5m（非机动车道）+2.5m（人行道）。

　　图3 霞湾路2号桥梁立面

　　（2）上部结构

　　拱肋为提篮拱形式。竖向失跨比为1:4，支点间距68m，拱高17m。两侧拱肋向道路中心方向以1:4.5倾斜。拱肋采用直径1.2m钢管，管壁厚20mm，内部填充C50微膨胀混凝土。拱肋在吊杆两侧各0.45m范围处设置环形竖向加劲肋，在风撑节点两侧各1m范围内设置环向内焊钉。

　　风撑采用直径0.6m钢管，钢管壁厚16mm，结构平面成网状。

　　吊杆共30根，间距4m，采用PES7-109索体，高强钢丝的标准强度为1670MPa，破断索力7705kN。采用LZM7-109锚头。拱肋端为张拉端，梁底为锚固端。索体采用双层HDPE保护层。

　　图 4 霞湾路2号桥梁平面图

　　桥面系采用预应力混凝土结构，分为系梁、中横梁、端横梁及桥面板。

　　系梁采用箱型断面，宽4m，梁高2m，在支座附近加高到2.5m，并且变为实心断面。系梁顶板厚0.28m，底板厚0.3m，腹板厚0.3m。吊杆锚固位置的横隔板厚0.6m。

　　中横梁采用预应力混凝土结构，共15根，车行道范围梁高2m，腹板在系梁附近厚0.6m，在跨中部分厚0.3m。人行道悬臂部分梁高1m，宽0.6m。

　　图 5 霞湾路2号桥梁跨中横断图

　　端横梁为预应力混凝土结构，梁高2.5m，宽2.5m，采用矩形实心断面。

　　（3）下部结构

　　桥台为直立式桥台，钢筋混凝土结构，与桥同宽。台身厚度3.4m，上部为高1.2m的台帽。背墙厚0.6m，耳墙长3.5m，厚0.5m。承台宽34m，高2.5m，长7m。每个承台下设12根钻孔灌注桩基础，分两排布置，桩基直径1.6m，桩长22m。

　　工程项目重难点:

　　霞湾路2号桥为钢管混凝土系杆拱结构，桥梁部件较多；所在道路平面线型为弯桥，采用弯桥直做方案。项目建模计算的重难点主要集中在以下方面：

　　（a）项目为空间结构，无法采用平面杆系有限元软件进行计算。

　　（b）拱肋为钢管混凝土结构，需正确合理地模拟考虑钢结构和填充混凝土联合截面共同受力。

　　（c）桥梁采用直做形式，即左右系梁和拱肋互相对称。通过调整外侧中横梁悬臂长度形成道路的平弯线型。难点在于设计一种形式较为简单统一的钢束配束构造包络住各个横梁的受力情况。

　　（d）下承式拱桥需要调索。

　　（e）拱桥除一般的计算项目外，还需计算结构的稳定。

　　图 6 霞湾路2号桥效果图白景

　　图 7 霞湾路2号桥效果图夜景

　　工程项目重难点:

　　（a）采用MIDAS三维空间杆系结构

　　针对桥梁为空间结构的特性，桥梁整体模型采用MIDAS2017进行建模计算。计算得到内力后通过规范对应的计算表格计算承载力及裂缝宽度。计算采用三维梁格法，桥面板以荷载形式施加于横梁之上。

　　求得结构在施工阶段和运营阶段的应力、内力和位移后，按规范中所规定的各项容许指标，验算结构的强度、稳定及变形是否满足规范要求。

　　图8 Civil桥梁计算模型

　　（b）施工阶段联合截面的运用

　　MIDAS的截面生成器和自带的施工阶段联合截面功能互相配合，完美解决了钢管混凝土截面的受力分配，并且可以定义混凝土的受力阶段。

　　图 9 拱肋构造断面和施工阶段联合截面断面

　　图 10 施工阶段联合截面选项

　　在得出计算结果后，基本组合按照规范《公路桥涵设计通用规范》（JTG-D60 2015）条文4.1.5进行内力组合。钢管拱按规范《公路钢管混凝土拱桥设计规范》条文5.2.2，以偏压构件验算截面承载力。

　　（c）采用预应力钢束表格输入钢束情况

　　中横梁采用预应力混凝土结构，共15根，车行道范围梁高2m，腹板在系梁附近厚0.6m，在跨中部分厚0.3m。人行道悬臂部分梁高1m，宽0.6m。

　　图 11 中横梁一般构造断面

　　图 12 中横梁钢束断面布置

　　图 13 中横梁钢束立面

　　桥面系为现浇预应力混凝土结构，计算断面上翼缘考虑有效分布宽度影响。有效分布宽度按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG3362-2018)条文4.3.4取值。

　　MIDAS软件中的钢束输入表格与EXCEL表配合，设定钢束布置规则，通过复制表格中的坐标点，可以很方便的对计算结果进行迭代，直至所有横梁均满足规范要求。

　　图 14 全桥纵横梁钢束布置情况

　　图 15 施工阶段联合截面选项

　　（d）吊杆调索

　　吊杆拉索共30根，间距4m，采用PES7-109索体，高强钢丝的标准强度为1670MPa，破断索力7005kN。采用LZM7-109锚头。拱肋端为张拉端，梁底为锚固端。索体采用双层HDPE保护层。

　　吊杆共两次张拉。第一次张拉位于拱肋支架拆除之后。张拉顺序为：

　　表1吊杆张拉荷载及顺序

　　《公路钢管混凝土拱桥设计规范》条文5.8要求吊杆持久状况综合系数大于2，短暂状况综合系数大于1.8。

　　（e）拱桥稳定计算

　　采用特征值屈曲理论对结构进行了稳定分析，其特征值荷载因子及其失稳模态如下：

　　恒载工况：

　　仅定义恒载进行稳定分析。失稳稳定系数为28.5，形态为面外一阶正对称。

　　图 16恒载工况下失稳模态，系数28.5

　　恒载工况+活载满布：

　　定义恒载和全桥满布汽车荷载进行稳定分析。失稳稳定系数为24.6，形态为面外一阶正对称。

　　图 17恒载+活载满布工况下失稳模态，系数24.6

　　恒载工况+1/2活载满布：

　　图 18 恒载+1/2活载满布工况下失稳模态，系数24.7

　　(3)总结

　　除以上列出的重点难点，霞湾路2号桥施工过程步骤多，施工工艺相对复杂。各预应力部件的张拉顺序，支架拆除落梁和拱肋开始受力的阶段均为需要进行计算模拟和比选的内容。

　　通过MIDAS和桥梁规范计算公式相结合，可以对霞湾路2号桥的上部结构进行完整彻底的计算工作，提高了工作效率。

　　中交第三航务工程

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