新颖自锚式悬索桥设计与转体施工.pdf

变欧星一一⑧新颖自描式悬索桥设计与转沛施工王凤 霞上海兰德公路工程咨询设计有限公司摘要新颖自锚式悬索桥的主缆采用钢管混凝土索套的半刚性索加劲梁采用预应力混凝土箱梁,主缆作为预应力体外索,在跨中正弯矩区段穿入箱梁内,托起箱梁并起主缆中央扣的作用,形成梁索组合结构桥梁的恒载由主缆承担,预应力混凝土箱梁承担主缆索力的水平分力,箱梁用于减少自锚式悬索桥的活载作用下,均挠度,并承担压力与弯矩这类桥梁建筑商度约为共一共,‘’一彻、“碑‘”尸甲”曰产’切‘卿刁、,“研’曰’「产 ’”“夕‘’产’‘声碑,,,”“,’它适用于跨径左右的二跨或三跨连续梁桥施工方法过去一般采取满堂支架现浇,因此限制了本桥型的适用范围在上海松江施贤路油墩港桥,将偏心转体施工方法首次应用于自锚式悬索桥二并利用盆式支座为转体的磨心及 滑道,缩小了主桥跨径 及省略钢筋混凝土磨心的精工细作,施工工艺简便易行,使上述桥型可适用于不同场合关扭词自锚式悬索桥体外索转体施工盆式支座新颖 自锚式悬索桥的概念设计传统自锚式索桥传统 自锚 式悬索桥一般 在 桥道 梁上设立塔 柱,其上设索鞍,用于挂设主缆,主缆 为柔性 索,两端 锚固于加劲梁端,在施工方 法上 必须先建加劲 梁,后挂索,加劲梁—主梁受压弯作用。

这类 桥梁在受力性能上 属于梁索组合结构由于传统自锚式悬索桥采用柔性索,当四分点附近作用荷载时,主缆在此相应下挠,对应四分点及边跨反挠因此,主缆及 主梁挠度较 大,轴力 对主梁会产生附加弯矩一增加了主梁 的负担,在此加劲 梁一般采用箱梁,而 且这类桥梁使用范 围限制在中小跨径,左右它没有悬索桥适用大跨径的优势为了减轻自重,降低主缆的用索量,一般把主梁设计成钢析架,但为了使主缆 的轴力发挥 有利作用,主 梁 设计 成预应力混凝土箱梁,这两种结 构形式国内已建 成 多座为了减少四分点 的挠 度,可以在跨中设置中央扣,阻 止主缆沿纵向的牵动,提高了 主缆的刚度,减少 了 主 梁的挠度嗜嗜过蒸形形新领 自锚式索桥的概念设计基于自锚 式悬索桥 的设计概念,为了提 高主缆的刚度,在跨中设置中央扣,以及改进 主缆纺索及索套防腐等高技术要求,要求将主缆设计成半刚 性索,即利用钢管混凝土 工艺,制成钢管混凝土索套,根据连续梁恒载弯矩图 的概 念,在 负弯矩区段 设置桥面以上的体外索,在正弯矩区段 设 置体内索一传统箱梁正弯矩索中跨及 边跨基本上分 别采用 连续索,体外索上端 锚固于塔顶,边跨下端锚固于 梁端,中跨连续索通过跨 中附近梁体内,在钢 管及 梁内预埋小钢管用于穿索,按传统预 应力工艺进行张拉,然后对钢管压浆,主跨中央区段的预应力索上托主梁,避免设置吊杆,并起 到了中央扣的作用。

体外 索区段通过可 调换 式 的 吊杆将桥道结构荷载传给主缆,桥梁外形见 图,在此主缆 中心 对梁轴线的偏心距恰如恒载弯矩图,梁上部分是体外索,梁 内部 分是体内索这类 桥梁已建成二 座,分 别座落在河南平 顶山及浙江平 湖,它们的主梁均是满堂支架现浇的钢筋混凝土箱梁这 二 座桥梁 的配索方法,既 相 近于自锚式悬索 桥,又是以预 应力混凝土设计理 论 为 基础,悬索的端反 力 由主梁承担,成 为 主 梁 的 纵 向预压应力的主 要部 分因 此,主箱梁 除了横梁 与桥面板配索外,基本上 是钢筋混凝土箱梁,一般配置 少 量纵向索效果图见图圈主梁变形收稿日期一一上吟么味⑧一一一圈施贾路油墩港桥效圈在确定塔高及 主梁尺寸时,吸取了适用于中等跨径的部分斜拉桥的设计理念,拉索承担大部分恒载,仅承担少量活载,而主梁主要承担活载引起 的轴压力以及弯矩因为斜拉索对活载的受力主要决定于活载引起的主梁挠度,假设斜拉索的水平夹角为索长,则活载引起索力△,等于参见图△,必呼·,弯矩 —相应荷载主缆的水平分力‘—相应截面主缆 中心 至梁 截面的 形心的距离上述弯矩从与轴力对箱形加劲梁来说一般不会出现拉应力或者在个别部位出现不大的拉应力,只要进行局部施加预应力 即可消除。

为了施工方便,主箱的最小梁高一主缆矢高与跨径之 比李一冬左右,塔柱太高施工不便,同时主梁的轴压力偏 曰’ 一曰一”、’,”“一’”‘”‘一‘一”’一‘’『小,塔柱太矮,桥梁造型不够美观塔柱间可不设上横梁风撑,首先塔柱较矮其次主缆在塔塔顶偏斜时,由于主梁有强大的横向刚度,可以认 为,主缆下端不动,主缆及吊杆的牵制当塔顶偏斜引起 的垂直桥面的分力对塔柱成为倾侧时的扶正力,因此塔柱可近似于两端铰接,或上端铰支承,下端弹性箍固,稳定性易于保证,不受控制见图式中△,—活载引起索力 —活载引起的主梁挠度 —斜拉索的水平夹角日二立‘‘二二二二二面面面‘‘【肠肠了’‘圈’三踌连续梁有矩圈与新硕算猫式索桥造型尺寸单位圈活旅引起料拉长下厂入止址一 万 、、川“’由上式可知,主缆由活载引起的内力增量决定于主梁挠度,由子中等跨径桥梁,箱梁截面高度无索加强时采取共,对于新颖 自锚式悬索桥,恒载主要 一‘,一’“,一”’盯,同‘即司、,’瞬由主缆承担,主箱梁高度,,尖一熹,,它大大降低了 一’‘一’一”‘、’、一’一田一’曰产、’了’,心主梁高度,但在此箱梁高度下,活载引起的主梁挠度仍然是 不大的,因此,箱梁承担了大部分 自锚索悬索桥的恒活载弯矩见图,它等于‘研一矶式 中叫—无索的加劲 梁 在 恒 活 载 作 用截面的圈塔柱侧倾,主绳及 吊杆产生扶正力通过实例,可以认为,新颖自锚式悬索桥是在等截面连续箱梁的基 础 上,利用 主缆作为体外及体内纵 向预应力束,它的建筑高度小于连续梁,因此 配索方便,构造简单,受力明确,线条简洁,美观大方。

但在施 工方法 尚须改进,不能仅限于满堂支架施工上吟么味,一一一一⑧施贤路油墩港桥设计简介桥位地形特点及桥型选择施贤路油墩港桥位于松江 开发区,桥位地形平坦开阔,邻近尚未形成建筑群,河面宽左右,通航净空级航道,一该航道上附近已建有中承式连续系杆拱桥,建设方要求桥型多种多样,结合地形,桥面上要求线条简洁明朗经初步选择预应力混凝土连续箱形梁桥及新颖自锚式预应力混凝土悬索桥进行个别比较,前者梁高为二一及分跨为后者主梁为等截面前者主桥增加长度,需增加建安费约万元为此选定新颖 自锚式预应力混凝土悬索桥为推荐方案主桥采用半刚性钢管混凝土索套,主缆采用钢铰线穿人 主梁及索套内,分别锚固于塔顶及 主梁端,主缆体外索区水平大头中跨及边跨各,其余为体内索,主梁的等截面箱梁,梁端设牛腿,将近桥第一孔空 心板梁 的自重作为平衡重压在悬臂牛腿 上桥宽,索面中到中双塔无风撑屹立在桥面隔离带 内,连接桥面以下立柱,直抵承 台,承台顶面设盆式支座及连系梁,它与主箱梁横截面形成闭合框架施工方案的选择与踌径的布油墩港桥系通航河流,桥位附近场地平坦开阔,无建筑物障碍,可选择为转体施工,松江地区跨越沪杭高速公路已有多座跨线桥成功采用了转体施 工,具有较成熟的经验。

但本桥宽,采用中心转体,势必增大跨径,为此对中心转体及偏心转体作出比较,作为施工方案决策的依据油墩港桥采取一跨过河,跨径确定,根据水务部门要求,桥墩不能设在防洪堤上,按地形布置一般主桥主跨为,此跨径 也 可满足偏心转体要求如采用中心转体,主桥在陆上临时施工,则主跨径 需 要,它比偏心转体增加自锚式悬索桥 方案,按三跨布置,施工方案为偏心转体法,它的分跨为十中心转体比偏心转体增加主桥长,面积为,假设主桥与引起建安费差价为元,则前者需增加造价万元偏心转体需设环道及现浇主桥构时的临时墩,相应增加 费用,约计混凝土,钢 筋,钢铰线,争桩根,增加建安费万元两者相抵,偏心转体可节省建安费万元桥梁立 面图见图,横断面图见图〕〕归归尸尸又又夕又又一一一一一才才队卜卜一洲州州州卜、、、抽抽万门户叫曰叫,, ,口,,尸,网, ,甘甘石万舀函己硬竺尸, ,【【二乙月 二一,尸丁丁‘吮吮扑匕立法铺圈主桥立面 圈卫卫卫士士一汗甲哪哪哪哪哪哪哪哪哪哪哪哪工工匕匕匕匕弓公曰曰曰曰留群群禅当当答答净【【行一一一型上一一二碧牛场场一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一泣泣二万力口下不万吕吕十十, ,工工工工工么么若若行行己己己日日日 ⋯ 」 」」」日日 日日 日日 日日圈主桥徽断面圈上部结构设计自锚式悬索桥立 面、平面及横断面布置本方案纵断面设计根据通航净空要求及道路纵坡及桥上竖曲线 布置,纵坡 为泛,竖曲线二,,,沥青混凝土铺装,建筑高度为,梁底标高,桥 中心标高,桥头桥面标高。

主桥长两侧引桥各长,采用空心板横断面布置桥面宽 度一〔塔柱人行道非机动车道机非隔离带摩 托 车道机 动车 道箱梁高度一,梁底平,边跨两端设牛腿,引桥第一孔空心板作为平衡重搁在牛腿上从 而达到缩短桥梁长度的目的‘、、‘,、二,‘一“塔柱于矢跨比为‘,塔柱平面 尺寸““为二〕,塔柱间无风撑主梁主箱梁为带悬臂梁的单箱双 室箱梁,上哆么峨⑧一‘一‘ 一梁高,箱梁顶宽,底宽,顶板厚,底板厚,设三道腹板,中腹板厚,边腹板厚,局部加宽至每隔设一道横隔板,横隔板厚与腹板连接处设倒角,梁端板厚加宽至,塔柱相应位置横隔板厚箱梁分两段分别在东西两侧岸上浇注完成,中间设现浇段主缆、体内索主缆由根 小,高强度低松弛钢绞线组成,分成束张拉,主缆外套一带小圆角的钢管混凝土索套主缆中跨索和边跨索均为两端张拉,张拉端分别设在塔顶及梁端底部为配合转体施工方法,将束主索割断,在转体前张拉,并在转体合拢后,在跨中负弯矩区锚固短索,来补全被割断的主缆其余束主索为连续索,转体合拢后再张拉索梁过强锚块设计锚块采用钢筋混凝土结构,平面尺寸为,钢管混凝土索套伸人锚块内锚块内设置奋的箍筋,连接锚块 内主筋及箱梁 内主筋吊杆采用可调换 的一冷铸锚预应力成品索。

计算结果如 下箱梁组合应力见图、图、图,主缆组合应力见图、图、图叶叶们甲竹下汗祠于斤节丁节节节节节节节 门门’万飞飞曰介竹洲军阵开劝,阶州门门门门门门门门门门门尸尸尸门 尸尸厅节附十们汀下下下下下下下刃刃门门 日牛科州曰曰午竹竹曰毕 」 引引’目目口习 日日 目目时什什阶阶时时日日,圈箱梁组合应力《 单位箱梁组合上缘最大压应力‘下缘最大压应力主维组合应力单位主缆组合最大压应力圈主绳组合应力‘ 单位主缆组合最大压应力叮叮们千斤开于开汗厅厅用用开佳引节市补竹下汗科千汗科千仟仟日「廿个个个叶叶宁针针卜 们川川卜 十 十门下下下下下下下下下下下下下下下下下下下卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜 卜 十」一一日叫叫 未书书以川协叫叫丰丰日门书书斗斗丰卜卜洲翻附附附斗科丰县丰体体壮壮挂任田书拄扶团共共共共共共共共共共共共共共共圈主级组合应力位主缆组合最大压应力圈箱梁组合应力位箱梁组合上缘最大压应力,下缘最大压应力件开开目目川叮叮习二二介,丫,甲丫,,尸产,内一一一口州尸, ,尸甲,产产一一,一一⋯‘目目目目目目目目目目目耳耳州弓卜卜日斗气气川川寸们丁厂厂厂厂厂刁十州伟小小卜卜 卜卜洲叶内内卜 十十阳阳胜川川日主主日日撇撇川川撇撇一一川川一一一一一一一一一一一州州月闷叫叫叫圈箱梁组合应 力单位箱梁组合上缘最大压应力,下缘最大压应力计算结果中箱梁最大压应力为。

根据《公路钢筋混凝土 及 预应力 混凝土桥涵设计规范》一中规 定混 凝 土抗压设计强度为,满足规范要求主缆最 大 应力为,根据 公路桥涵钢结构及木结构设计规范》一规定钢材轴 向容许应力为,满足规范要求材料性能与指标箱梁采用混凝土预应力钢绞线采用 护高强度低松弛钢绞线,介,一钢管索套 采用钢板塔柱采用混凝土承台采用混凝土上吟么峨一一⑧上部结构混凝土不包 括 铺 装用 量为“钢筋用量,钢板用量钢绞线用量,下部结构设计塔柱平面尺寸平面尺寸为,下端扩大至防止施工时倾覆,支座采用改进过的型盆式支座,可直接作为转体时 的磨心与槽板承台及桩基承台 平面尺寸平面 尺寸为,厚,每个承台配 置根钢筋混凝土打人桩程实施过程工程施工过程见图、图、图、图施工方案选择偏心转体布工为使主桥浇注能在岸上完成,本工 程采用转。