首頁 > 工程設計 > 正文
益陽資江四橋主橋設計
2010-11-04 
概述

  益陽資江四橋是益陽市城市外環路上跨越資江的一座特大橋梁,南岸接線是規劃中的虎山路;北岸接線經城市外環路分別與319國道、益沅公路、資陽路相接后再與白馬山路連接。南北接線總長12.2 km 。大橋位于益陽市城區資江上游4960 m的青龍洲,總長965.24 m。南、北岸引橋均設計為9×20 m預應力混凝土簡支空心板;主橋兩側副孔均設計為2×50 m預應力混凝土等截面現澆連續箱梁;主橋設計為50 m+150 m+200 m獨塔雙索面預應力混凝土斜拉橋。

  1.技術標準

  ① 工程等級:近期為Ⅰ級公路,遠期為城市外環主干道;

  ② 設計荷載:公路—— Ⅰ級;

  ③ 橋面寬度:主橋總寬28.00 m;引橋總寬25.00 m;

  ④ 設計時速:80 km/h;

  ⑤ 通航標準:Ⅳ一2級,通航凈空:50 m×8 m(寬×高);

  ⑥ 地震參數:本區域地震動峰值加速度為小于0.05 g,反應譜特征周期0.35 S;

  ⑦ 設計水位:SW1/10o=41.08 m;設計通航水位HW5%=38.41 m。

  2.建設條件

  橋位處在彎曲河道正中間,在橋位的下游有一江心沙洲(青龍洲),兩岸地勢開闊平坦,高差小,多為農田,高程約為32-35 m,均筑有防洪大堤。河道均系單式斷面,由于河道內采砂船作業頻繁,河床高低不平,河床高程介于14-25 m之間。橋位區屬沖洪積階地地貌,河床寬約551 m。

  橋位兩岸施工場地開闊,便于施工。不足之處是此處河床較窄,大橋對資江行洪有一定的影響,并且此處是資江的拐彎處,對資江河道通航有一定的影響。

  橋位區域年平均氣溫16.8℃ ,一月平均氣溫5℃ ,極端最低氣溫-9.2℃,七月平均氣溫29℃ ,極端最高氣溫40.8℃。橋位區內覆蓋層主要為亞粘土、細砂、圓礫及卵石層,厚度較大;基巖主要為板巖。微風化基巖的天然濕度極限抗壓強度R a>5 MPa,能夠作為良好的大直徑嵌巖樁基礎持力層。

  3.方案設計

  3.1 橋型方案構思

  本項目是一項跨越資江天塹的宏偉工程,應該在滿足使用要求的前提下,結構造型力求安全、適用、經濟、美觀,體現時代風貌,在橋型方案選擇時,除了要滿足橋面行車的安全要求外,還必須保證滿足航運、水利、防洪等各方面的要求。

  針對該橋的地形、地貌情況,采用梁橋、拱橋、懸索橋和斜拉橋都是可行的。但是若采用梁橋,200 m的跨徑略大,且該橋型與兩岸景觀不協調;若采用拱橋,則結構形式與臨近橋梁類似,達不到一橋一景的目的;跨徑200 m懸索橋造價較高,不夠經濟。獨塔雙索面斜拉橋建筑高度小,橋型美觀,線條簡潔,技術成熟,造價適中[1,2]。因此,經過反復比較和研究,推薦采用獨塔斜拉橋方案,橋塔結構采用A型索塔(見圖1)。
圖1 橋型布置

  獨塔雙索面斜拉橋方案主橋以50+150+200m跨越主航道,河床壓縮少,有利于汛期泄洪;兩個主孔均能通航,能減少船舶撞擊的機會。

  3.2 橋跨布置設計

  本橋設計初始,主橋橋孔布置為2×50m+50m+150m+200m+2×50m七跨連續獨塔斜拉橋方案進行研究,經過計算發現14號墩頂的主梁負彎矩非常大,而且15號-16號墩以及9號-l0號墩之問的箱梁正彎矩非常大。經過配束、調索以后,這兩處的主拉應力、抗裂性、承載能力均達不到規范要求。

  為了解決此處的箱梁問題,將50m區梁高改為3.2m。這樣修改以后,經過計算,15號-16號墩以及9號-10號墩之間的箱梁正彎矩很大的問題得到解決,箱梁的抗裂性和承載能力均可以滿足要求,但是在14號墩上緣的抗裂性仍然很難滿足要求。即使上緣最大應力已經超過規范要求,最小應力仍然有3.2 MPa的拉應力,說明截面的剛度仍然偏小(注:本汁算還沒有考慮索、梁溫差和塔的左右側溫差,也沒有考慮收縮徐變尚未完成時的通車情況,如果再考慮以上情況,主梁最大應力和最小應力會更加不利)。

  若兩個輔跨采用變截面的方案,梁高需達到4m,但這樣設計造價很高,施工和設計的難度都增加不少。

  綜上所述,筆者認為斜拉橋與連續梁直接連接這種結構體系本身會在過渡墩形成薄弱環節,設計此類橋梁時,應予以重視。

  4.結構設計

  4.1 主梁(見圖2)
主梁

  益陽資江四橋主梁采用預應力砼箱梁,單箱四室截面,連續長度400m。箱梁中心線處梁高270 cm,箱梁全寬2820cm,頂、底板厚度均為24 cm。主梁共分成51個節段,0號、1號梁段設計采用支架現澆,其余梁段均設計采用掛籃對稱懸澆施工。為了消除邊墩支座負反力并增加結構剛度,在索塔處及梁端均采用加大截面面積的方法施加壓重。

  主梁縱向預應力束均設計采用9ψs15.2和7ψs15.2鋼絞線;主梁頂板厚度40cm處,不設置橫向預應力束,頂板厚度24cm處,設置橫向預應力束為3ψs15.2鋼絞線。

  為了增加主梁橫向剛度,改善橋面板受力性能并均勻傳遞斜拉索拉力,在主梁中設置了多道橫梁。標準中橫粱厚度30cm,橫梁預應力束采用19ψs15.02鋼絞線。

  4.2 斜拉索

  斜拉索采用PES(C)7熱擠聚乙烯拉索,PESM7冷鑄鐓頭錨固體系,塔端為張拉端,梁端為固定端。拉索為扇形布置的空間雙斜索面,全橋共49對,塔端的標準索距為1.5m,梁端的標準索距為8 m,背索索距為6 m。拉索與橋軸線的傾角為27.52°-79.13°。根據各拉索的設計索力并兼顧考慮全橋的

  整體剛度,分別采用PES(C)7-151到PES(C)7-421等八種規格的斜拉索,總用鋼量930 t。斜拉索安全系數按2.5控制[3]。。斜拉索成品必須進行超張拉檢驗,彈性模量檢測,靜載性能試驗和疲勞試驗,檢測試驗方法按《中華人民共和國交通行業標準》GB/T 18365—2001(斜拉索熱擠聚乙烯高強鋼絲拉索技術條件)執行。

  4.3 索塔(見圖3)
索塔

  索塔自承臺頂面起總高123.180m,下塔腿及中塔腿均為單箱單室截面,塔根部尺寸為8 m×10 m,中塔腿與下塔腿交接處索塔總寬39.20 m,中塔腿尺寸為4.05 m×7.4 m。拉索錨固段為單箱單室和單箱雙室截面,高度為41 m,平面尺寸為4.05 m×7.4 m和6 m-8.95 m X 7.4 m。拉索錨墻厚度為1.5m,兩邊肋板厚1.0m,拉索錨固段配600置了縱、橫向預應力束,分別采用φs15.2鋼絞線“U”型布置。

  索塔橫梁高5 m,壁厚1.0 m,配置φs15.2鋼絞線。橫梁頂面上設置了塔、梁臨時固結構造,主梁合攏時予以拆除。索塔及13號、16號過渡墩上均設置了縱向、橫向限位塊,施工時應精確放樣,確保縱向漂浮體系的形成。索塔根據計算,各段分別采用了不同的配筋率配置φ32束筋。

  4.4 下部結構

  主橋13號索塔基礎設計采用13D 320 cm鉆孔灌注嵌巖樁基(基巖為微風化泥質板巖[Ra=7.0MPa],樁端嵌入微風化泥質板巖10 m),分三排呈梅花形布置,承臺尺寸33.32 m×16.2 m×6.0m,并設50 cm厚承臺封底。l2號輔助墩設計為雙柱式墩,基礎為2D280鉆孔灌注嵌巖樁基(基巖為弱風化泥質板巖和微風化泥質板巖[R a=4.4 MPa]和[Ra=7.0 MPa],樁端嵌入微風化泥質板巖1 m);墩柱為2D 250 cm圓柱墩。墩頂設LYQZ系列雙向活動拉壓支座和單向活動拉壓支座各一個,設計承受6 000 kN 壓力、2 000 kN拉力。

  5.結構計算

  益陽資江四橋近期設計為I級公路,四車道;遠期規劃為城市外環主干道,取消中問的2 m分隔帶,半幅行車道由7.5 m變成9 in,相應的由四車道變成六車道。上、下部結構分析按兩種行車道寬計算,均滿足設計要求。

  5.1 上部構造

  200m斜拉橋運用《Qjx》橋梁綜合計算程序進行縱向計算,運用橋梁博士綜合計算程序進行縱向計算校核。縱向計算荷載等級為公路一I級,人群荷載采用2.5 kN/m²,結構計算基準溫度20℃ ,結構整體溫升20℃ ,整體溫降15℃,橋面系箱梁溫升梯度14℃ ,溫降梯度7℃ 。斜拉索與砼溫差10℃ ,索塔正反面溫差5℃ 。結構離散圖及組合一持久狀態正截面壓應力圖見圖4,計算結果表明上部結構在最不利荷載組合下,均滿足規范要求。
圖4 結構離散圖及組合一持久狀態正截面壓應力圖

  5.2 索塔

  索塔靜力計算與主梁縱向整體計算同時進行,索塔錨固區以下最大壓應力為11.7 MPa,最小壓應力為5.2 MPa;索塔錨固應力呈線性分布,均為壓應力。

  采用ANSYS通用有限元程序對索塔進行空間分析,得出其基頻模態為面內彎曲,基頻8.19 Hz;面外最小基頻43.6 Hz。橋塔全高范圍內在豎向及橫向基本為壓應力,豎向壓應力在3.4-16.4 MPa之間。由于集中力作用,在錨固段連接墻處橫橋向外側局部有小于1 MPa的豎向拉應力。其中橫梁與索塔相交處內側豎向最大壓應力為16.4 MPa,塔身最大主壓應力16.6 MPa,連接墻處塔身外側有最大主拉應力為1.1 MPa。

  采用ANSYS通用有限元程序對索塔錨固段和索塔橫梁進行空問分析,將計算結果與手算預應力值相疊加得到錨固段實際應力值,計算表明錨固段斷面均為壓應力。考慮到在張拉u型預應力筋時預應力損失的復雜性,設計在錨固段斷面上保持2 MPa左右的壓應力。使用橋梁博士對橫梁進行受力分析,并用ANSYS校核部分應力結果,在橫梁上張拉19φj15.2的預應力鋼筋,使橫梁在全長范圍內均為受壓。

  6.施工要點

  索塔采用A型索塔,澆筑過程中,塔柱的穩定性特別重要,尤其是中塔腿部分施工,施工需采取措施加強橫向聯系,以保證索塔橫向的面內穩定及施工精度。

  由于該橋為空間斜索面,各拉索錨塊的幾何形狀復雜,在進行拉索錨固段的施工時,應采用坐標法嚴格控制施工放樣精度,使錨塊平面位置誤差控制在±5 mm范圍內,誤差過大將給斜拉索張拉帶來很大的困難,并使錨頭局部應力增高而導致開裂。

  主梁采用前支點掛籃懸澆施工,掛籃(包括模板及其它施工荷載)設計重量160 t,其中前錨點離梁段前沿75 cm,后錨點離梁段前沿875 cm(6 m梁段為675 cm)。與18 梁段(有輔助墩橫梁)對稱的18 梁段相應的位置必須進行壓重,以保證主梁對稱平衡的施工,壓重的重量為45 t。

  7.結語

  益陽資江四橋為主跨200 m獨塔斜拉橋方案,經過大量的計算分析,克服了跨徑大、索塔結構復雜等設計難題,合理地選取了橋梁構造形式。

  同時,大橋的建設能夠提高城市道路的成網性和交通流量與流向的合理性,擴大益陽市資江以北地區骨架,可為城市新增建設用地6 km 以上,也為益陽市增加了一道靚麗的風景線。

  參考文獻:

  【1】劉土林,斜拉橋[M],北京:人民交通出版社 2002。

  【2】嚴國敏,現代斜拉橋[M],成都:西南交通大學出版社 1996。

  【3】林元培,斜拉橋[M],北京:人民交通出版社 1994。
Copyright © 2007-2022 www.sqirsji.com.cn All Rights Reserved
服務熱線:010-64708566 法律顧問:北京君致律師所 陳棟強
ICP經營許可證100299號 京ICP備10020099號  京公網安備 11010802020311號
新时时五星技巧 腾讯分分彩任选三漏洞 正规配资网上上盈怎么样 广东快乐10分 北京pk拾app 广东快乐10分开奖记录 内蒙体彩11选五开奖果 福建体彩36选7玩法说明 天津快乐十分前三组走势 北京十一选五走势图表 河南22选5玩法 股票配资盈利 河北体彩十一选五有什么技巧 国内股票配资平台排名 七星彩走势图技巧 幸运28在线预测走势图 四维图新股票行情牛叉