东海大桥斜拉桥补充初步设计汇报系统综述.ppt

东海大桥东海大桥 主航道斜拉桥方案补充研究主航道斜拉桥方案补充研究 中 铁 大 桥 勘 测 设 计 院 二 0 0 二 年 八 月 汇报内容 （1） 概述 （2） 建桥条件 （3） 技术标准及设计规范 （4） 总体设计 （5） 桥型方案比选 （6） 斜拉桥结构耐久性设计 （7） 设计概算 （8） 主要计算分析 （9） 施工方案及工艺 （10）主墩防撞设计 （11）附属设施 （12）科研项目 桥址位置 起点里程：K18+219 终点里程：K19+049 第一章：概述 • 设计范围：K18+219～K19+049，共830米 • 初步设计专家评审意见 专家们认为主通航孔采用倒Y型双塔单索面斜拉桥、 跨径布置合适上部结构主梁采用钢砼叠合箱梁和全 钢箱梁都是可行的建议进一步对叠合梁的钢与砼连 接部位的受力、防腐问题和全钢结构桥面铺装的耐久 性问题等作进一步深入的比较之后选定 • 补充研究方案概要： 1.全钢箱断面和钢-混凝土结合断面的综合比较； 2.钢-混凝土结合箱梁结合部的耐久性设计 3.主航道桥施工方案 4.主墩防撞 5.主航道桥抗风、抗震研究 6.科研项目 第二章：建桥条件 工程地质 桥位第四纪松散地层厚度约160～220m。

工程地质条 件相对简单，根据详勘中间报告可选择⑦1、⑦2层作 桩基持力层，深度 -50～-56m左右 • 气象 多年平均气温在15.8℃左右，历年最高气温 37.5℃，历年最低气温-7.9℃，最热月平均气 温27.0℃，最冷月平均气温6.0℃降水日数 :134天/年，降雪日数:5天/年实测最大风速 35.0m/s（风向NNE）大风日数年平均24.3 天 • 桥渡水文及冲刷计算 芦潮港站年最大落潮差频率计算成果图 桥址断面潮位和流速过程套绘图 桥址两端潮位对比图 水文综合成果表 水文冲刷计算成果表 位 置局部冲刷线高程 （m） 主航道桥岸侧辅助墩 主航道桥主墩 主航道桥岛侧辅助墩 一般冲刷线 高程（m） -14.00 -14.00 -16.96 -21.64 -23.08 -25.14 （1）道路等级：港区对外集疏运专用道路，按高速公路标准设计 （2）设计行车速度：80km/h （3）设计车道：双向六车道、行车道宽度33.75m（单向），两 侧紧急停车带宽度均为2.5m （4）斜拉桥桥面宽度：桥面全宽33.0m，中间分隔带2.5米 （5）设计荷载：按汽车-超20级设计，挂车-120验算，并以集装箱 拖挂重车密集型排列（前后车辆轴距10m）进行校验。

（6）最大纵坡：≤3% 第三章： 主要技术标准 （7）桥面横坡：2% （8）设计洪水频率：1/100 （9）通航标准 主航道和辅助航道的最高设计通航水位为4.02m 通航净空一览表 考虑桥轴线与水流夹角及设施等因素，实际取用主孔跨 度420m, 经船模试验验证，主孔跨度420米是合适的 (10）船撞力 船舶撞击力表 单位：吨 （11）地震烈度 按地震烈度Ⅶ度进行抗震设计通航孔重要系数采用 1.7 （12）设计风速：百年一遇设计V10=42.16m/s 第四章：总体设计 横断面设计： 桥跨布置： 主孔跨径：420米 边跨跨径： 1.合理的边跨、锚跨跨度使得斜拉桥结构合理，具有 良好的刚度，较小的主塔及基础规模 2. 紧临主通航孔，受大型船只撞击几率较大，因此 ，要求结构抵抗撞击的能力较高，下部结构工程 规模较大，边墩、辅助墩基础规模不受跨度控制 3. 合理的边、中跨比值，应使得斜拉桥舒展、美观 承台标高： 承台高程的确定要综合考虑下列因素： a. 潮位 b.桩基础受力 c.桩基防腐蚀 d.防撞 e.桥梁景观 经综合比较，将承台底高程置于-2.0米。

在平均低潮 位-1.34米以下，承台封底混凝土厚度1.5米，桩顶距浪 溅区尚有一定距离；承台上设墩座，对防撞也有利 过桥管线 水管在斜拉桥区段因受主梁的限制，无论采用单索面还是双索面， 水管只能从桥面通过，但中央分隔带宽度仅一米因此需要加宽桥面 如下图所示 第五章：桥型方案比较 孔跨布置优化： 斜拉桥边跨、锚跨的跨度可进行相应 的调整经计算分析比较，锚跨由94m 调整到70m左右跨度，对斜拉桥结构受 力有力，提高结构刚度效果明显 以加劲梁采用全钢箱断面的斜拉桥方 案为例说明孔跨布置优化情况 跨度布置方案 项目 94+111+420+111+94m73.5+131.5+420+131.5+73.5m 集 卡 中跨挠跨比 1/5061/550 塔根弯距（Mmax、Mmin） 单位: t.m +40412/-5218+39249/-9464 斜拉索最大应 力幅 Mpa 边跨 241.6226.9 中跨 231.3214.3 汽 超 20 中跨挠跨比 1/9061/973 塔根弯距（Mmax、Mmin） 单位: t.m +20846/-4420+20558/-7237 斜拉索最大应 力幅 Mpa 边跨 146.5103.5 中跨 146116.6 5.2 主塔： • 5.2.1 主塔外形 塔形H形钻石形A字形倒Y形 优点 完全竖直的塔 柱时，十分便 于施工。

可以 保证斜拉索均 在同一个平面 内，大大简化 锚固系统的设 计 优雅美观，给人以苗条 轻盈的感觉美桥面以 下的塔柱，通过向内收 缩，可以大大地减小基 础的尺寸目前较广泛 地使用于斜拉桥中 力线传递顺畅， 通过不断地向上 收缩，给人以稳 定和向上的感觉 拉索面与塔柱 的倾斜方面一致 ，给人以静态的 稳定感仅适用 双索面 构造简单，受力明确 ，施工方便，结构上 是高效的，给人以稳 定和强有力的感觉， 用于比较宽阔的水面 空间透视性好，突出 了斜拉桥轻盈、高耸 、简洁的完美形象 适用于单索面和双索 面 缺点 其缺点是拉索 不能对主梁的 抗扭刚度提供 帮助 力线传递有转折，不顺 畅，有时无法与周围环 境很好地协调，特别是 当桥下净空较高时 基础尺寸较大 需要设置中横梁 ，施工复杂是 属于很大众化的 一种，给人以较 普通的感觉 基础尺寸大，导致 工程造价升高 国内外 实例 南浦大桥 横滨横断桥 夷陵长江大桥 日本多多罗桥 名港西大桥 诺曼底桥 比较倒Y形主塔和钻石形主塔两种 方案，其中倒Y形塔导致基础规模增 大，在本桥船撞力要求高且基础施 工条件差的情况下，该种塔型不适 宜。

钻石形塔挺拔秀美，且能减小主 塔基础尺寸，对本桥而言是较合适 的塔型 5.2.2 塔柱截面形式 混凝土塔柱一般采用矩形截面并对矩形截面外形进行修正或 调整，以满足或改善抗风、景观要求 断面形式一 断面形式三 断面形式二 外形特点 以矩形为基本形式，在四 角处设置折线倒角，并在 外侧开设槽口，以增加线 条，引起景观上的变化 以矩形为基本形式，在四 角处开设内凹的槽口，以 增加线条，引起景观上的 变化 锚索区塔柱断面四周以圆 弧连接，中、下塔柱是矩 形加外表面的大圆角，圆 弧半径为定值，内表面用 直线强调道路的顺畅 抗风性能 四周设置倒角，抗风性能 较好 断面四周开设了角处开设 内凹槽口，抗风性能一般 塔柱外侧用圆弧过渡，抗 风性能最好 施工难易 倒角和槽口的尺寸是固定 的，且都是直线变化，施 工较容易 有内凹的槽口，在立模和 脱模方面均有不方便 圆弧半径为定值，且分布 于断面的外侧，立模和脱 模均较容易 景观效果 已在国内外多座桥上采用 过这种形式的断面，景观 效果良好 内凹的槽口线条效果明显 ，断面有变化，景观效果 好 圆弧半径的大小对景观效 果影响很大，但受结构受 力控制，难以二者兼顾。

工程实例夷陵长江大桥 明石海峡桥（钢塔悬索桥 ） 西班牙卢纳-巴西奥斯桥 对本桥而言，断面形式一较优 断面形式一断面形式二断面形式三 5.2.3 主塔材料 塔可供选择的类型有三种：钢、钢筋混凝土、钢混结合本 桥地处腐蚀严重的海域，位于浪溅区的主塔底部是腐蚀最为严重 的部位，主塔采用全钢结构显然不合理 （1）结构受力 两者在结构受力方面均可行，钢混结合过渡段是主塔关键受力 点，构造复杂 （2）施工 钢混结合主塔具有可工厂化生产、无需高空现浇混凝土、施工 速度快等优点；但施工工艺复杂，国内成熟的经验少钢筋混凝 土主塔施工速度较慢，但工艺成熟、可靠 （3）造价 混凝土主塔造价较低 （4）防腐 混凝土结构防腐相对简单，养护维修费用低 故本设计推荐钢筋混凝土主塔方案 5.2.4 主塔锚固形式比较 主塔的拉索锚固段可考虑三种锚固 方式：钢锚箱锚固、钢锚梁锚固和 预应力锚固通过三种锚固方式在 设计、施工等方面比较推荐预应 力锚固形式 钢锚箱钢锚梁预应力 受力机 理 柱两侧拉索的水平分力通过锚箱 的竖直及水平钢板来平衡，部分 不平衡水平力由塔柱承受，竖直 分力通过锚箱两侧竖直钢板的剪 力键传递到塔柱混凝土中。

锚固钢横梁本身是独立的构件，支撑 于塔柱内侧牛腿上，平衡两侧拉索的 大部分水平分力，部分不平衡水平分 力通过横梁下支撑的摩阻力和水平限 位装置传递至塔壁拉索的竖直分力 传递至塔柱内侧牛腿 上塔柱锚固区段除参与 全桥墩整体受力，将拉 索锚固集中力传递至塔 壁，为防止开裂，平衡 塔柱壁的拉应力，在其 周边施加平面预应力 塔柱受 力影响 平衡水平力锚箱承受，不平衡水 平力塔柱整体承受 平衡水平力锚梁承受，不平衡水 平力一侧塔柱壁承受 水平力由一侧塔柱壁承 受 安装精 度 钢锚箱在工厂预制完成，容易控 制锚固点的位置和角度；现场仅 需控制塔柱混凝土基座标高 工厂完成钢锚梁制作，确定锚垫 板位置，现场施工对每组牛腿位 置均需精确定位 锚固系统全部在现场完 成，由于在高空作业， 锚垫板的角度及位置控 制较难 施工要 求 对吊装能力有一定要求，钢锚箱 在浇筑上塔柱前采用焊接拼装， 施工较为方便 对吊装能力有一定要求，钢锚梁 的安装在塔柱施工完成后，对塔 柱内部空间有要求，安装不很方 便 主要施工难点是需要多 次张拉预应力 后期养 护 养护要求与钢箱梁相似，有一定 难度 比钢锚箱方案小仅锚头需养护 外观影 响 对钢结构部分通过涂装来美化塔 柱外观。

混凝土塔柱可使造型变化丰富 混凝土塔柱可使造型变 化丰富 工程实 例 多多诺大桥 诺曼底大桥 安娜雪丝桥 南浦大桥 杨浦大桥 南京二桥 适用范 围 对锚索区尺寸有一定要求平行索面，单索面适用范围较广 费用较高较高较低 5.3 斜拉索体系比较 斜拉索体系主要有两种：冷铸锚平行钢 丝索和夹片锚平行钢绞线斜拉索两种 体系均有成熟的技术和应用实例为了 选择适合东海大桥使用环境条件、满足 工期要求和方便施工以及养护、更换的 斜拉索体系，对两种斜拉索体系进行综 合比较 推荐采用夹片群锚平行钢绞线斜拉索体 系 体系 项目 平行钢丝索钢绞线斜拉索 技术成熟程度 30年的广泛应用，较成熟的生产工艺，国 内多数斜拉桥采用，有专业化的制索工厂 国内应用历史比平行钢丝索短，技术更新快 ，国外应用较平行钢丝索更普遍 强度疲劳应力幅均可达到200MPa疲劳应力幅均可达到200MPa 刚度抗挠曲性能稍弱于钢绞线索抗挠曲性能好于平行钢丝索 振动效应 外径较小，静风荷载引起的阻力小钢丝 受力均匀，整体性能好，风致振动效应明 显PE外套压制螺旋线，抑制风雨振 外径较大, 静风荷载引起的阻力大索股受力均 匀度略差,索股间相对独立，风致振动效应不明 显。

PE外套压制螺旋线，抑制风雨振 成品索运输 最大索长225m，重量约17t，设备和施工 技术要求高。