摘要：重慶菜園壩長江大橋采用剛構桁架系桿拱體系，結構高效美觀。Y型剛構為大橋主受力構件，其獨特的主動控制系統、空間節點構造和創新的施工方法是大橋的重要特點。介紹Y型剛構的設計特點同時也總結其優點和適用性。
　　關鍵詞：橋梁，剛構，主動控制，施工方案，橋梁
　　
　　隨著我國橋梁建設水平的發展，鋼拱橋設計、施工水平迅速提高，小灣大橋、盧浦大橋等工程的順利建成為鋼拱橋打下了發展的技術基礎。重慶菜園壩長江大橋在此基礎上，以結構高效、美觀為設計目標，實施了一種新的拱橋結構體系，其中Y型剛構是其設計創新的核心構件，也是大橋設計的重要特點。
　　1工程概述
　　重慶菜園壩長江大橋工程是重慶市主城區南北通道上的關鍵工程。大橋采用剛構與提籃式鋼箱系桿拱、桁梁組合的結構體系，橋梁總長800m，其中主跨420m，對稱布跨的邊跨和側跨分別為102m及88m。六車道及雙側人行道設在橋面上，雙線輕軌設在主橋桁梁下橫梁上，構成雙層特大公軌兩用橋。
　　菜園壩長江大橋主橋由基礎、Y型剛構、邊墩、過渡墩等下部結構和主拱、鋼桁梁、橋面系等上部結構組成[1]，大橋總體布置見圖1。其中支持鋼桁梁的主體結構體系又分為三個子結構：兩側預應力混凝土剛構和中部的320m的鋼箱提籃拱。三個相對分離的子結構通過中跨拱肋系桿索及邊跨剛構系桿索連接成420m的系桿拱。這是重慶菜園壩長江大橋主橋不同于其它系桿拱結構體系的重要特點之一。該體系將混凝土結構與鋼結構有機的結合起來，使大橋成為了“安全、實用、經濟、美觀”的典范。
　　大橋跨越長江I級航道，且所在的江段具有年水位差大，沖刷大等特點，常年水位落差均在在30米以上。Y型剛構采用預應力混凝土結構具有抗船撞能力強、耐久性好、易于施工、經濟性好等特點，同時其剛勁有力的造型與拱肋的纖細柔美組合，亦成為本橋建筑造型的亮點。作為主結構的Y型剛構，在強調總體橋跨協調的同時更注重構件的局部的造型，其內傾的布置與提籃拱取的一致，外型線條簡單明快，使大橋有較好的節奏感和韻律感。
　　2Y型剛構結構布置
　　Y型剛構由前、后懸臂，主橫梁，前、后次橫梁，前、后主橫梁及系桿索錨固件等構件組成，其構造如圖2所示。
　　剛構前懸臂為變截面空心薄壁結構，根部為
　　10m×6m的矩形截面，頂部為5.2m×3.6m的矩形截面，頂底板厚0.6m，腹板壁厚0.5m，其實質是拱肋的延伸。圖1全橋總體布置
　　
　　在前懸臂中心處設置前主橫梁，截面為3.6m×3.3m，前主橫梁采用空心矩形截面的預應力混凝土結構。
　　圖2剛構構造圖
　　剛構后懸臂也采用變截面空心薄壁結構，根部為10m×6m的矩形截面，頂部為4m×3.6m的矩形截面，頂底板厚0.6m，腹板壁厚0.5m。在后懸臂中部設置后主橫梁，截面為3.6m×3.3m，后主橫梁采用空心矩形截面的預應力混凝土結構。
　　主橫梁設置在主墩頂部，連接主墩及兩側剛構。主橫梁結構斷面造型為六邊呈寶石形，預應力混凝土結構高6m，底寬3.5m，頂寬7.6m，頂板厚0.4m，底板厚0.7m，兩側腹板厚0.4m。主橫梁不但是大橋的主受力結構，其內部還設置了大橋成橋后的健康監測主控制室。
　　3主動控制系統
　　主動控制體系由中跨系桿、邊跨系桿、邊墩、墩頂豎向拉桿、千斤頂等構成，如圖3所示。主動控制體系各構件協調控制剛構、拱肋、主墩內力和位移。在施工過程中，多次調節控制系統以滿足結構內力需要。
　　剛構前懸臂主要承受來自拱肋的水平推力、軸向壓力和來自桁梁吊索的豎向力。中跨系桿用以控制拱腳水平推力，邊跨系桿用以調節豎向力導致的懸臂根部彎矩，通過控制可使前懸臂主要內力為軸向壓力。
　　剛構后懸臂主要承受來自邊跨系桿和豎向拉桿的合力，同時平衡前懸臂引起的主墩頂水平力。通過結構在自身預應力體系的調整，后懸臂主要內力也為軸向壓力。
　　圖3剛構主動控制系統
　　由于大橋施工過程復雜，體系多次轉換，剛構作為主受力構件，主動控制體系可以確保其內力在設計范圍調整。結合施工階段的結構受力，主動控制體系需作多次調整：
　　 后懸臂與邊墩頂合攏，張拉邊跨系桿15300KN，使前后懸臂托架，形成剛構體系；
　　 邊跨桁梁就位，張拉豎向拉桿12000KN，邊跨桁梁形成；
　　 在全橋二期恒載施工結束后，進行第二次豎向拉桿張拉，張拉力21000KN，全橋結構體系形成。
　　主動控制體系使大橋主要構件的內力均可按設計要求調整，同時中跨系桿、邊跨系桿、墩頂豎向拉桿均為永久構件，在設計上均可檢查、可更換。為了避免系桿張拉給邊墩帶來的彎矩，在千斤頂面采用水平滑動，大橋體系形成后，再澆筑混凝土將千斤頂封閉。
　　4節點設計
　　Y型剛構直接承受拱肋、桁梁等被動力及系桿、拉桿等主動力，Y型剛構與拱肋連接的鋼砼接頭、前次橫梁牛腿吊點、后懸臂墩頂實心部均是大橋的關鍵節點。關鍵節點的設計直接決定了大橋的使用安全性和耐久性，考慮到大橋的100年設計基準期，對節點的設計遵循“保證安全、保證耐久、實施性好”的原則。以下介紹Y型剛構的主要節點設計。
　　后懸臂墩頂節點是邊跨系桿、剛構后懸臂、豎向拉桿、邊墩和后次橫梁的相交節點，如圖4所示。墩頂段高5.6m，橫橋向寬4.7m，順橋向寬4m。在該節點中邊跨系桿的承壓板、預埋管構成系桿錨固體系，豎向拉桿的承壓板、預埋管構成拉桿錨固體系。同時后懸臂的縱向預應力和后次橫梁的底板預應力也均錨固在該段內。
　　圖4后懸臂墩頂節點
　　系桿錨固鍵位于中跨與邊跨系桿的交叉處，采用混凝土現澆構造，長14.7m，高3.3m，寬3.6m，如圖5所示。成橋后中跨系桿力為15000KN，邊跨系桿力為20000KN，其剪力差值通過系桿錨固鍵傳給剛構前懸臂，進而調整剛構前懸臂的內力狀態。
　　圖5系桿錨固鍵節點
　　剛構拱肋接頭是大橋材料組合設計的核心，鋼拱通過接頭傳給鋼構前懸臂的軸力為10000KN，彎矩2000KNM,這些力通過接頭內的PBL剪力鍵和拉桿傳遞到混凝土中。接頭中的鋼結構由下墊板，拉桿和PBL剪力鍵三部分構成，如圖6所示。為了拱肋精確定位，接頭最后1m內的混凝土為后澆筑,并在鋼拱肋與混凝土交接面處設置一厚度為50mm的承壓板。

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