您的当前位置:首页正文

重庆朝天门长江大桥主桥上部结构设计

来源:帮我找美食网
维普资讯 http://www.cqvip.com 2008年1月 水运工程 Port&Waterway Engineering Jan.2008 No,l Serial No,4ll 第1期总第411期 重庆朝天门长江大桥主桥上部结构设计 孟乙民-,段雪炜2 (1,中交水运规划设计院有限公司,北京100007;2冲铁大桥勘测设计院有限公司,武汉430050) 工 摘要:随着我国经济实力的增强和桥梁技术水平的提高,特大型桥梁日益增多,桥型也越加丰富,桥梁结构更加合理。 文章以重庆朝天门长江大桥为例,就如何选址桥位、确定桥型及在确定的技术标准及荷载条件下如何开展结构设计、考虑施 工因素提出设计思路。 关键词:中承式连续钢桁系杆拱桥;桥位;桥型;设计荷载 中图分类号:U 448,22+4 文献标志码:B 文章编号:1002—4972(2008)01—0025—06 Design of Main Bridge Upper Structure for Chongqing Chaotianmen Yangtze River Bridge MENG Yi—min ,DUAN Xue—wei (1,CCCC Water Transportation Consultants Co.,Ltd,,Beijing 100007,China; 2.China Zhongtie Major Bridge Reconnaissance and Design Institute Co,,Ltd,,Wuhan 430050,China) Abstract:Accompanying the enhancement of China s economic strength and improvement of bridge construction technique,ultra—large bridges emerge increasingly,bridge types turn richer,and bridge structures become more rational。Taking Chongqing Chaotianmen Yantze River Bridge as an example,we put forward a train of thought for bridge design on choice of bridge site,determination of bridge type,and implementation of structural design and consideration of construction factors under definite technical standard and load condition。 Key words:middle-sustained steel joint shaft arch bridge;bridge location;bridge type;design load 1工程概况 190 m的中承式连续钢桁系杆拱桥(图1);北引桥 重庆朝天门长江大桥是连接重庆市南岸与江北 两区的中央商务区、沟通长江两岸的重要通道之 一长314 m,南引桥长495 m,均为预应力混凝土连 续箱梁桥。大桥采用双层交通布置,上层桥面为双 向六车道和两侧人行道,桥面宽度365 m;下层桥面 中间为双线城市轻轨,两侧为双向两车道(图2)。 大桥于2004年底开工,计划2008年底建成。 ,位于重庆朝天门两江(长江与嘉陵江)交汇处 下游1.71 km。大桥包括主桥和南北两侧引桥,全 长1 741 m,其中主桥长932m,采用190m+552 m+ ’汀jE 、。. / 一i \量 ,, ) … 形晰 f  l J ll l『  l1×16.0 ×14.0 53范 …Il l  l Il _l I I  I II I I 28×12 0 552 0 层暑 \J \N\ E1 l l c Ef 1qD0 南岸 E1 寸 R×I20 l4io 5×I60 l900 ×140 5×l6j)‘ ’ Y I6n. 4.n 8×I2 0 单位:m 图1朝天门长江大桥主桁布置图 收稿日期:2007—08—03 作者简介:孟乙民(1960一),男,高级工程师,主要从事港口、航道规划设计及大桥建设管理。 维普资讯 http://www.cqvip.com ・26・ 2008年 I 250.125.150. 1 2fx) 午行道(。_:车道) .2(10. 1 2 ) 。150 125. 250 1 \道1. I 5q  1l J摹 J l ———3×375=l l25 2% 上 上 巾间带 一一一I 3×375=1 125 2% I u  I50. l b utr  l L 1I  1I 人行道 .  Il ●  —土 —~ 上 上 —上 ———一q ) / 一l—一 一 f l -0.50 700 道. 9 10 景 、 ∞ cn 一 一 40. 4:! O 绺 40一 700s,q 1 1 ) }. L 轻轨 l l l l 备州阜仃垣 l 鱼 . —————l l >< . 一一一l u V u ulu u u J 2 900 —————~ 图2朝天门长江大桥主断面及桥面系构造图 2设计概要 中央商务区通过本桥实现陆路联系[31。 2.1桥位选址 1)实现城市路网规划构想:建立主城区东西 向快速交通,便捷连接长江两岸的江北城中央商 3)重庆主城区已经建成的桥梁中,缺少钢桁 系杆拱桥,为丰富桥梁型式、实现重庆打造成为 国内桥都的梦想有重要意义。 2.3主要技术标准川 务区和弹子石中央商务区,解决其内外部交通通 道,以交通建设带动两区经济发展,缓解主城区 公路道路等级为主干道I级;设计行车速度 道路交通压力,逐步完善城市道路和轨道交通体 系,加快北岸新城区建设,带动南岸老城区改造, 促进社会和谐进步1 1-21。 2)顺应自然:通过河势研究和行洪论证以及 通航净空尺度和技术要求分析等,选择河道顺直、 河床稳定、江面较窄、不受 峡水库蓄水后行洪 和淤积影响、地质构造简单、通航安全的河段。 3)与周边协调:大桥虽在重庆机场航空飞行 为60 km/h;桥面车道布置为上层桥面双向6车道, 下层桥面双向2车道;道路净空高度I>5 m;一个 车道宽度为3.75 m;人行道宽度为2x2.5 m;轨道交 通标准为双向轨道交通,线间距4.2 m;设计行车 速度为80~100 km/h;轨道交通限界为净宽I>9.2 m, 轨顶以上净高I>6.5 m;设计基准年限为100年。 2.4设计荷载 2.4.1永久荷载 走廊内,但高度远远低于飞行净空限界,对飞行 安全不构成威胁;大桥避开港口港池水域,对船 上层桥面铺装为22 kN/m;下层桥面铺装为 12 kN/m;上层桥面护栏为1.35 kN/m;下层桥面 护栏为2.7 kN/m;人行道铺装为0.6 kN/m;人行 道栏杆为1.0 kN/m;下层轨道交通明桥面(含检 查走道)为8.0 kN/m。 2.4.2可变荷载 舶作业不存在影响;桥 范罔没有文物,不涉及 文物保护问题。 2.2确定桥型 1)公轨两用的桥梁,结构受力复杂,需有足 够的强度与刚度,在主跨跨度满足双向通航安全 汽车荷载:计算荷载为公路一I级,并按照 城一A荷载验算。 要求的同时,桥跨竖向变形要小。 2)桥位处于长江与嘉陵江两江交汇处的下 轨道交通荷载:采用B型地铁车,5辆车编 游,既是山城重庆的门户大桥,也是乘船进入重 庆主城区的第一座桥梁,景观方面桥梁造型要与 朝天门弧形广场呼应,突出“门”的效果;南北 组,车辆最大轴重P=140 kN。 群荷载:总体计算时荷载集度采用2.5 kN/m2. 人行道局部构件计算时荷载集度采用4.0 kN/m2。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第1期 孟乙民,段雪炜:重庆朝天门长江大桥主桥上部结构设计简介 .27. 风荷载:设计风速按照平均最大风速为 26.7 m/s。 温度荷载:设计为最高45 ̄C,最低一5 ,体 系温度按20 计,温差按照±25 考虑。 偶然荷载:地震基本烈度为Ⅵ度,结构物按 Ⅶ度设防。 2.5结构设计 2.5.1结构总体布置【 1 考虑通航孑L双向通航条件,主桥为190 in+ 552 in+190 m_=跨连续钢桁系杆拱桥,中间主跨 通航,两侧边跨不通航,钢梁全长934.1 m(包括 端纵梁),全宽36.5 m,主梁采用两片主桁,桁宽 29 m,两侧边跨为变高度桁梁,中跨为钢桁系杆 拱。拱顶至中间支点高度为142 m,拱肋下弦线 形采用二次抛物线,其矢高为128 m,矢跨比为 1/4.312 5;拱肋上弦部分线形也采用二次抛物线, 并与边跨上弦之间采JH R=700 n 的圆曲线进行过 渡。边跨节间布置为8x12 m+1x14 m+5x16 m,中 跨节问布置为5×16 nq+2×14 nq+28×12 Irl+2× 14 m+5×16 m,中跨布置有上下两层系杆,其中 心间距为1 1.83 m,上系杆不贯通主桁,仅与拱肋 下弦相连接,下系杆与加劲腿处中弦及边跨下弦 贯通。上层系杆采用“H”形断面,下层系杆采用 “王”形断面+辅助系索的组合结构,钢结构系杆 端部与拱肋下弦节点相连接,下层辅助系索锚固于 系杆端节点处。设置辅助系索的目的在于降低下层 钢结构系杆杆力,使杆件设计尺寸及板厚控制在适 当范同之内,减少用钢量,取得较好的经济技术 指标。 2.5.2 支承体系 拱桥按照外部结构支承体系可分为一铰拱、 两铰拱和无铰拱3种,其中i铰拱为静定结构, 结构计算最为简单,但由于其结构整体刚度相对 偏小,因此一般T程结构设计中多采用后两者。 朝天门长江大桥主桥边支点布置均采用纵向 活动铰支座,中间支点一侧采用固定铰支座,另 一侧采用活动铰支座,为典型的两铰拱结构支承 体系。结构通过中跨上下层桥面设置的系杆来平 衡拱的推力,使得两座主墩不承受水平推力,构 成无推力中承式钢桁架系杆拱桥。 纵向支承体系布置为江北侧中支点(P7墩) 设置固定铰支座,其余各墩均设置活动铰支座: 横向支承体系布 为中支点均设置同定支座,边 支点设置横向活动支座,边支点下横梁中心设置 两个横向限位支座。 采用两铰拱支承结构方案,具有上下部结构 体系受力明确、对基础不产生推力、温度力对结 构影响很小、施T期问可对结构进行位移调整而 不影响结构受力等优点,但需要设置大吨位支座。 2.5.3上下弦拱杆件及构造 主桁采用变高度的“N”形桁式,拱肋桁架跨 中桁高变化幅度较大,为使腹杆布局合理同时考 虑主桁景观的协调性,全桥采用变节间布置,共 有12 m,14 m,16 m 种节间形式。 主桁弦杆为焊接箱形截面,截面宽度有1 200 mm 和1 600 mm两种,截面高1 240~1 840 mm,板厚 24~50 mm。杆件按照四面拼接设计,拼接处杆件 高度、宽度均相同,不同宽度和高度杆件之间采 用变宽(高)度设计,对于同一杆件,宽度和高 度不同时变化。 腹杆采用箱形、“H”形及“工”彤截面, 箱形截面高1 240~1 440 mm,板厚24~50 mm; “H”形及“王”形截面高700~1 100 nlm,板厚 l 6~50 mm,杆件端部按照两面拼接设计。 主桁杆件所采用的最大板件厚度50 mm,最 大长度44 m,最大安装吊重80 t。 2.5.4桥面桁式 朝天门长江大桥采用双层桥面布置,设计上对 于用吊杆吊挂在钢桁拱肋 的中跨桥面,其主桁采 用上下平行弦系杆结构,依靠竖杆联结上下节点, 不设置斜腹杆,与大桥主桁形成刚性拱柔性梁体 系。这种结构形式具有系杆杆力均匀、利于结构设 计与制造、下层桥面行车遮挡少、景观效果好、较 设置斜腹杆方案节省材料的优点。对于上述之外的 主桁加劲弦及其外侧的边跨范 的桥面,设计上将 桥面通过桥面横梁直接与主拱桁梁联结。 上层系杆采用焊接“H”形截面,高1 500 mm, 宽1 200 mm,板厚50 mm;下层系杆采用焊接 “王”形截面,截面高1 700 111111,宽1 600 mm, 板厚50mm 维普资讯 http://www.cqvip.com ・28・ 2008血 2.5.5主桁节点构造 节点和整体节点两种,其特点参见表1。 这两种节点形式在国内钢桁梁中均有较多的 钢桁架桥梁主桁节点构造形式主要有拼装式 表1主桁节点构造形式比较表 应用实例,制造技术均较为成熟。结合朝天门大 桥的技术特点,为降低制造难度、节省1二程投资, 设计上优先考虑采用拼装式节点。但由于中间支 承节点受力非常集中,相邻杆件尺寸和板厚均较 副桁架式横联,位于拱肋上下平纵联“米”字形 形心处,可增强拱肋的空间刚度同时大大减小平 联斜杆的计算自由长度;加劲弦区段每个节间均 设置一副桁架式横联。 2.5.8.大吨位支座 大,采用整体节点可以大大减小节点板尺寸。因 此主桁节点在设计上除中间支承节点(El5)采用 整体节点外,其余均采用拼装式节点。节点板最 大厚度80 mm(E15节点),最大规格为5 570 mmx 7 620 mm(E18节点)。 2.5.6桥面系 朝天门长江大桥主桥中间支点最大支点反力 达145 000 kN,所采用的大吨位支座是目前国内 外承载力最大的支座,要求材料等级高、加工工 艺精细,需要通过一系列科研、试验,确保大吨 位支座的正常使用,是本桥的主要技术特点和难 点之一。大吨位支座目前在国内外均有较多的工 上层行车道和下层两侧行车道桥面采用正交异 性钢桥面板,桥面板厚16mm,采用“u”形闭口 肋。沿纵桥向设置横隔板,其间距不大于3 m;沿横 桥向:上层行车道布置6道纵梁,下层两侧行车道 程应用实例,已知投人使用的铸钢铰轴支座最大 支座承载力达134 000 kN(日本港大桥)、球型支 座最大支座承载力达130 000 kN(沈阳富民桥), 每侧布置2道纵梁;在主桁节点处设置一道横梁。 下层桥面中间轻轨双向通行 段采用纵、横梁 均接近本桥的技术要求,为本桥大吨位支座的采 用提供了经验,承载力达145 000 kN的大吨位支 座在技术上是完全可行的。 体系,其横梁与两侧钢桥面板横梁共为一体,共设 置两组轻轨纵梁,其中心间距为4.2 m,每组轻轨纵 梁由两片纵梁组成,两片纵梁通过平联和横联连为 一目前国内外承载力在100 000 kN以上的支座 主要有两种形式,一种是传统的铸钢铰轴支座, 体,纵梁端部通过鱼形板和连接角钢与横梁连接。 上层桥面在主桁节点外侧设置人行道托架, 另一种是新型的球形支座。两种支座各有其技术 特点,现分析参见表2。 表2支座技术特点分析 1)各部件均为钢结构,使用寿命均较长,易于保证支座整体 上置“n”形正交异性钢人行道板。 2.5.7联结系 下层桥面平纵联为交叉型设置,杆件采用焊 铸钢的使用周期; 接“工”形构件,下层桥面横梁同时作为下平联 的撑杆。因主桁桁宽远大于节问长,为避免平联 斜杆夹角过小,拱肋上、下弦平纵联采用菱形桁 式,加劲弦平纵联采用“K”形桁式。由于相邻节 间的平联问均存在一定的夹角,平联节点板采用 弯折方式进行过渡。主桁拱肋每两个节间设置一 铰轴2)日常养护相对简单; 叉脞3)支座构件规模大,建筑高度大,制造、运输和安装要求高; 4)造价较高。 1)包含铸钢件、聚四氟乙烯摩擦副和弹性密封圈等多种材料; 球形2)日常养护相对复杂; 支座3)支座构件规模小,建筑高度小,便于制造运输、安装和更换; 4)造价较低 维普资讯 http://www.cqvip.com 第1期 孟乙民,段雪炜:重庆朝天门长江大桥主桥上部结构设计简介 ・29・ 本桥的总体布置上对支座的建筑高度要求较为 有限公司编制的程序SCDS进行计算,按照平面杆 严格,如支座建筑高度过大,势必要降低支座下座 系仅对主桁结构进行建模,同时考虑杆件的刚度。 板高程,有可能受到洪水浸袭,同时综合考虑安装 主要计算成果详见表3。 能力和工程造价等因素,确定采用球形支座。 由表3的分析成果可以看出:1)对于本桥所 2.6结构分析 设置的双层系杆来说,起主要作用的仍然是下层 2.6.1 结构平面受力分析[71 系杆,而上层系杆拉力尚不到系杆总拉力的30%; 结构平面受力分析采用中铁大桥勘测设计院 2)结构中跨静活载作用下的挠跨比(1/1730)远 表3结构平面静力计算成果 小于规范的规定值(1/800)。因此,可以认为,钢 2.6.3结构动力特性分析 桁拱桥一般具有较大的结构竖向刚度,结构竖向 结构动力特性分析采用与静力稳定性分析相 刚度不是其控制结构设计的主要因素。 同的模型。主要分析成果详见表4。扭弯频率比 2.6.2结构静力稳定性分析 1f/2--2.42。 本桥的结构稳定性计算采用空间有限元法进 表4主桥成桥状态动力特性 行,有限单元法采用通用的空间分析程序ANSYS进 行计算。计算模型按照结构构件的空间布置进行 模拟,所有构件均采用空间梁单元,对于上下层 桥面板,将其刚度与质量等效分配到纵横梁上, 模型边界条件按照成桥支承体系设置,结构空间 计算模型参见图3。结构静力稳定性分析结果表明 成桥状态的稳定安全系数为6.8,满足规范中的有 关规定,主桥成桥状态失稳模态图见图4。 2.7钢梁的防腐涂装 钢梁的防腐涂装主要参照采用((铁路钢桥保 护涂装》 (TB厂r 1527—2004)中的有关涂装体系, 并对部分涂装体系的油漆种类、涂装道数和干膜 厚度进行适当调整。钢梁主体结构所采用的涂装 体系详见表5。 图3主桥结构空间计算模型 表5钢梁主体结构防腐涂装体系 Z {If『fI 17『lIlIffIflIf 涂 称 蓑 L一  fI 特制环氧富锌底漆 40 2 80 环氧云铁中间漆 40 2 80 .————..___-_-_-■I 硅氧烷面漆(主桁弦杆、系杆) I..一Z J、 盈●_-r U一 丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆(其 35 2 70 它部位) r 2.8钢梁的安装 I..一X Z 边跨采用部分膺架结合临时墩的伸臂法架设。 图4主桥成桥状态计算结果和失稳模态图 安装时首先利用墩旁塔吊在膺架上架设两个节间 维普资讯 http://www.cqvip.com ・30・ 水运工程 2008年 的钢梁,并在钢粱上弦拼装架梁吊机,然后利用 架梁吊机结合临时墩分别伸臂36 m,50 m,80 m 架设钢梁至中问墩,伸臂架设时在锚跨适当压重, 以保证抗倾覆安全系数大于1-3。 中跨采用两侧对称的全伸臂辅以吊索塔架的 施工方法,在跨中合拢。中跨安装时钢梁先整体 安装至108 m,随后仅架设拱肋桁架及吊杆直至 跨中合拢。吊索塔架高100 m,共设两层拉索, 前索锚固点分别位于144 m和216 m,后索锚固 点分别位于166 m和178 m,塔架顶部锚固点问距 2 m。中跨伸臂架设过程中还对边跨端部48 m范 围内进行逐步压重,以保证抗倾覆安全系数大于 1.3。拱肋桁架合拢时先合拢下弦再合拢上弦。待 3结语 若干年以前,我国在拱桥建设方面主要还是 以建造石拱桥和钢筋混凝土拱桥为主,近20年 来,钢管混凝土拱桥和钢箱梁拱桥得到广泛应用 , 随着科学技术的进步和经济实力的增强,造型更 加美观实用的超大型钢桁系杆拱桥逐步得到应用' 相信2008年底建成后将成为世界上跨度最大拱桥 的朝天门长江大桥,一定能够很好地造福重庆人 民,也一定会在国内外拱桥建设史上重重写下一 笔,谱写新的篇章。真诚希望本桥的设计与建造 能为同类型桥梁提供宝贵的经验。 参考文献: [1】 重庆交通科研设计院,中铁大桥勘测设计院有限公司. 重庆朝天门长江大桥工程(第一标段)两阶段初步设 计[R】.重庆:重庆交通科研设计院,2004. 【2】 中铁大桥勘测设计院有限公司,重庆交通科研设计院. 重庆朝天门长江大桥工程(第1标段)两阶段施工图 设计[R].武汉:中铁大桥勘测设计院有限公司,2005, 【3】 范立础,徐光辉.桥梁工程【M】.北京:人民交通出版社, 2001. 拱肋跨中合拢后,安装临时系杆并张拉,完成结 构的体系转换,然后逆序逐根撤除拉索及吊索塔 架,架梁吊机同时后撤。再利用桥面吊机在上层 桥面走行,逐节问安装其余上、下层系杆和上层 桥面横梁直至跨中合拢,系杆中跨合拢时先合拢 上系杆再合拢下系杆,系杆合拢完成后拆除临时 系杆。然后桥面吊机由跨中后撤并逐节问吊装下 层桥面横梁、平联、轻轨纵梁和上、下层钢桥面 板。为部分消除钢桥面板与主桁的共同作用影 响,此前所安装的钢桥面板与横梁之间均采用临 时连接,全部主构件安装完成后再进行钢桥面板 与横梁之问的正式连接。主结构安装完成后安装 并张拉辅助系索。全桥附属结构、桥面铺装等全 【4j 和丕壮.唐寰澄.桥梁美学【M】.北京:人民交通出版 社,1999. f5】 段雪炜,徐伟.重庆朝天门长江大桥主桥结构的设计构 思与比选[G]//'9国铁道学会.2006年中国交通土建工 程学术论文集.重庆:西南交通大学出版社,2006. f6】 段雪炜,徐伟,赵兴亚.重庆朝天门长江大桥主桥大 部完成后,辅助系索和吊杆进行全面调索并达到 设计要求。 跨度中承式连续钢桁系杆拱桥的设计【c】.第十七届全 同桥梁学会会议论文集.2006. 亲爱娥读着 l | 息 ’ l南方便广大读着订阆杂志’ 行部专 电话 秉传 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Top