瓯江北口大桥三塔悬索桥双层桁梁钢结构设计.pdf

温州瓯江北口大桥温州瓯江北口大桥三塔悬索桥双层桁架钢结构设计P.2汇 报 提 纲1瓯江北口大桥项目概况瓯江北口大桥项目概况2主桥设计方案主桥设计方案3多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术4板桁组合加劲梁设计板桁组合加劲梁设计01.项目工程概况项目工程概况01.项目工程概况项目工程概况温州温州南 塘南 塘黄 华黄 华灵 昆灵 昆阁 巷阁 巷马 站马 站甬台温复线南塘-黄华段温 州 瓯 江 北 口 大 桥甬台温复线灵昆-阁巷段甬台温复线平阳-苍南段温州市南金公路（G228）图例金乡金乡G15W3沈海高速复线（宁 波-东 莞）G228国道（南金公路）（辽宁丹东广西东兴）绿 色 公 路 示 范 工 程创品质工程示范工程宁波东莞台州台州温州温州宁德宁德福州福州厦门厦门汕头汕头惠州惠州宁莞高速温州瓯江北口大桥温州瓯江北口大桥项目背景地理位置01.项目工程概况项目工程概况01.项目工程概况项目工程概况p 起点：黄华枢纽p 终点：灵昆岛p 主桥2090米p 项目概算88.36亿p 项目全长7.913公里p 合建段长3.905公里项目规模5灵昆岛灵昆岛柳市镇柳市镇北白象镇北白象镇温州温州龙湾区龙湾区七都岛七都岛期期航空雷达航空雷达北侧：黄华中学和雷达北侧：黄华中学和雷达南侧：规划码头和机场南侧：规划码头和机场雷达雷达黄华中学黄华中学通道资源紧缺，利用了预留的通道通道资源紧缺，利用了预留的通道02.设计方案设计方案02.设计方案设计方案桥位230800800358u 桥址处有航空限高，二个通航水道需要分孔设置二个通航孔，结合通航论证要求，主桥只能选择三塔悬索桥的结构形式。

u 通航批复要求：南边塔在规划码头前沿线后方，确定了南侧主跨为800m，北主跨设置800m，北塔上岸u 北侧边跨位于造船厂地基加固处理，清除费用高；南侧边跨如布置引桥，需设置防撞，费用高，四跨吊和引桥方案造价接近，景观效果好，推荐四跨吊方案桥型选择通航等级30000吨级02.设计方案设计方案02.设计方案设计方案规划码头规划码头通航净空27453.5m通航净空47453.5m航空限高：航空限高：+154m230800800358u 桥址处有航空限高，二个通航水道需要分孔设置二个通航孔，结合通航论证要求，主桥只能选择三塔悬索桥的结构形式u 通航批复要求：南边塔在规划码头前沿线后方，确定了南侧主跨为800m，北主跨设置800m，北塔上岸u 北侧边跨位于造船厂地基加固处理，清除费用高；南侧边跨如布置引桥，需设置防撞，费用高，四跨吊和引桥方案造价接近，景观效果好，推荐四跨吊方案桥型选择通航等级30000吨级规划码头规划码头通航净空27453.5m通航净空47453.5m航空限高：航空限高：+154m02.设计方案设计方案02.设计方案设计方案效果图02.设计方案设计方案02.设计方案设计方案效果图02.设计方案设计方案02.设计方案设计方案矢跨比1/11.5限高+154m最高通航水位：+4.61mH 95.89m53.5mH 增加摩擦面；在索鞍鞍槽内增设摩擦板增设摩擦板来提高主缆与索鞍间的摩擦力03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术解决方案设置竖向摩擦板的索鞍普通索鞍解决方案03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术A20幻灯片 25A20 插入普通索鞍图片，突出隔片以及启口对接情况Administrator,2017/9/131、主缆与鞍槽间的抗滑移理论与试验研究3.中塔主索鞍焊接工艺试验中塔主索鞍焊接工艺试验4、约束条件下主缆索股入鞍试验、约束条件下主缆索股入鞍试验解决：设置竖向摩擦板索鞍和主缆间的名义摩阻系数理论问题解决：实桥制造架设的实际操作问题2、主缆钢丝与鞍座间侧向力理论与试验研究、主缆钢丝与鞍座间侧向力理论与试验研究开展了四个专项试验研究开展了四个专项试验研究西南交大西南交大四川天元四川天元奥盛（浦缆）奥盛（浦缆）解决方案03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术研究目的研究目的研究主缆钢丝在索鞍内滑移的机理，研究钢丝作用于竖向摩擦板的侧压力，提出名义摩阻系数的计算方法，并予以验证。

根据主缆索股实际摩擦力与摩擦面，从宏观主缆整体摩擦力研究转向索股层面的摩擦力研究基于散体力学的方法，将整体主缆分解为多根索股，以索股为基本研究单元进行试验，监测索股的力、位移，从而获得主缆的微观和宏观滑移机理研究思路和试验方法滑移机理研究侧向力研究索股索股索股索股索股索股钢丝钢丝钢丝钢丝钢丝钢丝钢丝钢丝主缆主缆以往研究03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术试验理论研究试验模型试验模型设计自平衡试验台座，采用顶推鞍座的方式施加不平衡力，来模拟实桥不平衡力作用下的主缆滑移状态通过测试索鞍两侧索股内力差和位移的变化来判断索股是否滑移1)主缆抗滑移机理试验研究03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术组拼式试验索鞍构造组拼式试验索鞍构造组拼式索鞍由底座和鞍体组成，采用高强螺栓连接底座底部设有转动轴，鞍体由侧板、支承板、竖隔板采用高强螺栓连接组拼而成，并可现场根据不同工况组合拼装1)主缆抗滑移机理试验研究03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术试验现场照片试验现场照片1)主缆抗滑移机理试验研究03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术采用组拼式索鞍进行模型试验，从而使得在一个试验索鞍上实现了包括三种鞍座类型（普通鞍座、增设竖向摩擦板），不同索股根数（一根、四根、七根、十根），有无聚四氟乙烯板等共十几种工况的试验，获得了大量的试验数据，为理论分析奠定了基础。

设隔片普通索鞍设竖隔板索鞍1)主缆抗滑移机理试验研究竖隔板贴聚四氟乙烯板03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术试验工况试验工况01234567050010001500200025003000相对位移相对位移/mm8-左0102030405060050010001500200025003000索力差累积增量值索力差累积增量值/KN顶推力顶推力/KN8-左顶推力：1845KN名义摩擦系数：0.231判定滑移的数据处理方式判定滑移的数据处理方式1)主缆抗滑移机理试验研究03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术竖向摩擦板十根索股试验竖向摩擦板十根索股试验05010015020025030035005001000150020002500300035004000鞍座两侧索力差值鞍座两侧索力差值/KN顶推力顶推力/KN1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#竖向摩擦板索鞍索股力差变化竖向摩擦板索鞍索股力差变化索股间分层滑移现象明显，顶层最先滑移；索股滑移后基本保持原有索力差不变，或仅在后期出现少量波动；1)主缆抗滑移机理试验研究03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术不同索股根数三类索鞍摩擦系数试验结果对比不同索股根数三类索鞍摩擦系数试验结果对比1)主缆抗滑移机理试验研究索股数量 普通索鞍竖向摩擦板四氟板1根0.3110.40831.2%0.293-5.8%4根初滑0.2920.37829.5%0.232-20.5%终滑0.3560.54753.7%0.281-21.1%7根初滑0.3160.44139.6%0.246-22.2%终滑0.4420.65347.7%0.298-32.6%10根初滑0.2850.39137.2%0.227-20.4%终滑0.4690.63936.2%0.284-39.4%03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术设置竖向摩擦板后无论是初始滑移还是全部滑移对应的名义摩阻系数就有提高。

摩擦板表面粘贴四氟滑板后名义摩阻系数大幅下降，说明设置竖向摩擦板能确实提到索鞍的摩阻力设隔片普通索鞍设竖隔板索鞍贴聚四氟乙烯板A23幻灯片 34A23 插入普通索鞍、竖向摩擦板索鞍以及带四氟乙烯滑板索鞍，初始滑移和终滑对应的名义摩阻系数对比表说明竖向摩擦板能起到提高的作用Administrator,2017/9/13试验研究结论：试验研究结论：通过多工况的模型试验，得到了主缆与鞍座间滑移机理的认识，即：主缆在鞍座内是分层分批逐渐滑移的，初始滑移时名义摩擦系数相对较小；钢丝滑移后，鞍座两侧的索力差基本等于最大摩擦力；在鞍座内增设竖向摩擦板，相当于增加了摩擦面，其抗滑效果显著；增加摩擦面是解决主缆在鞍座内滑移的关键1)主缆抗滑移机理试验研究03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术研究背景研究背景36我国公路悬索桥设计规范给出了验算鞍座侧壁强度的公式:该公式是由散体力学中的Janssen公式简单演化而来，用于索鞍结构设计偏安全，用于计算主缆抗滑摩擦力则偏不安全2)1()(32bhvhebfhf=2)主缆侧向力理论及试验研究由于无法实现全尺寸索鞍的摩阻试验，要得到全竖隔板索鞍的摩阻力，必须准确掌握主缆钢丝侧向力，就可以计算侧壁产生的摩阻力。

03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术理论推导思路通过自上而下的计算，可以得出力系传递的规律，利用利用MATLAB编制计算机程序编制计算机程序，便可计算各层的侧向力将单根钢丝作为基本分析单元将单根钢丝作为基本分析单元自上而下分层、分区分析钢丝受力自上而下分层、分区分析钢丝受力得出公式、总结规律、编制程序得出公式、总结规律、编制程序侧向力产生示意2)主缆侧向力理论及试验研究03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术38(1)Vt n,fv n jf(,)(-1)Lt n,jf(-1-1)Rt n,jf()Vt n,jf()Hf n,jf(-1-1)Rwt n,jf(-1)Lwt n,jf()Rt i,jf()Lt i,jf(-1-1)Rt i,jf(-1)Lt i,jf(-1)Lwt i,jf(-1-1)Rwt i,jf()Rwt i,jf()Lwt i,jfv i jf(,)(/2)Ls nf(-11)Lt n,f(-11)Lwt n,fv nf(,1)(1)Rt i,f(1)Rwt i,f(-1,1)Lt if(-11)Lwt i,f(1)v if,(/2)Lss if(/2)Ls if(1)Rwt,jf(1)vjf,(1)Rt,jf(1)Lt,jf(1)Lwt,jf()Rt i,jf()Lt i,jf(-1)Rt i,jf(-1+1)Lt i,jf(-1+1)Lwt i,jf(-1)Rwt i,jf()Rwt i,jf()Lwt i,jfv i jf(,)n 力学分析n 力系分布n 力流传递n 力系平衡n 力学公式2)主缆侧向力理论及试验研究03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术理论研究结果39摩擦系数取0.05摩擦系数取摩擦系数取0.15规范公式值理论计算理论计算值l 摩擦系数较小时，两者几乎完全一致；l 摩擦系数取常规值时，理论计算值小于规范值。

2)主缆侧向力理论及试验研究03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术试验模型试验模型采用自平衡台座，阻止转动，通过两端张拉索股，使其在鞍座中产生径向力，模拟实桥索股产生侧压力，在侧壁设置压力盒，侧出各级加载条件下的侧压力阻止转动阻止转动试验模型验证试验模型验证2)主缆侧向力理论及试验研究03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术03.多塔悬索桥关键技术多塔悬索桥关键技术现场照片试验模型验证试验模型验证2)主缆侧向力理论及试验研究03.多塔悬索。