松原天河大桥自锚式悬索桥梁结构设计分析

发表时间:2018/1/24   来源:《建筑学研究前沿》2017年第24期   作者:胡宝忱
[导读] 城市桥梁在满足交通功能的同时越来越注重造型的优美,因此越来越丰富的桥型被推广应用。

长春市中茂建设工程有限公司  吉林长春  130000
  摘要:自锚式悬索桥是一种古老的桥型,它不同于一般的悬索桥,它的主缆直接锚固在加劲梁的梁端,由主梁直接承受主缆中的水平拉力,不需要庞大的锚碇,这给不方便建造锚碇的地方修建悬索桥提供了一种解决方法。
  关键词:自锚式;悬索桥;技术
  
  
  1引言
  城市桥梁在满足交通功能的同时越来越注重造型的优美,因此越来越丰富的桥型被推广应用。大多数城市桥梁跨径只是中等跨径,其中以百米左右跨径的城市桥梁最具代表性,自锚式悬索桥以其优美的线形、错落有致的外观在城市桥梁设计中倍受青睐。
  2概述
  2.1 桥梁结构型式
  本工程主要跨径及结构型式为南、北汊分别设一座40+2×100+40米独塔空间索面自锚式悬索桥、40+100+266+100+40米双塔空间索面自锚式悬索桥和一座主跨度380+1005+380米空间索面自锚式悬索桥。上部锚跨及边跨锚墩附近为混凝土主梁,其他为叠合梁,索塔为人字型,基础采用2×16Φ2.0米钻孔灌注桩,承台厚5米。引桥采 用40米预应力混凝土箱梁结构,下部为双柱式墩,基础为钻孔灌注桩基础。主要建设内容:路基工程、路面工程、桥梁工程、交通工程、绿化工程以及其他附属工程。
  2.2 接线工程
  南、北两岸接线,考虑城市景观及少占土地原则,根据填土高度的不同,分别采用了路基形式和挡墙形式。平交口根据被交路等级,分别采用环形平交方案以及采用灯控形式的一般平交方案。江南与规划的东镇大路、南岸大堤以及江北与规划的滨江大道交叉处,均采用立交形式。路面结构采用沥青混凝土路面,桥面、路基排水与城市排水系统连接。
  2.3 交通工程
  主要包括安全设施、标志标线、照明等。
  3 受力原理
  自锚式悬索桥的上部结构包括:主梁、主缆、吊杆、主塔四部分。传力路径为:桥面重量、车辆荷载等竖向荷载通过吊杆传至主缆承受,主缆承受拉力,而主缆锚固在梁端,将水平力传递给主梁。由于悬索桥水平力的大小与主缆的矢跨比有关,所以可以通过矢跨比的调整来调节主梁内水平力的大小,一般来讲,跨度较大时,可以适当增加其矢跨比,以减小主梁内的压力,跨度较小时,可以适当减小其矢跨比,使混凝土主梁内的预压力适当提高。



  4 桥梁结构设计
  4.1总体布置
  松原天河大桥(松原三桥)位于松原市中西部起讫里程为K0+000~K3+822.923,连接第二松花江南北岸,在松花江大桥下游约2.9公里处,南北两端分别与规划城市快速路环保大街和接溪浪河大街相接,路线总长3.823公里,其中桥梁长2791.14米,接线长1031.86米。
  为了促进松原市社会经济和城市发展,贯彻落实沿江开发战略,加快滨江新区建设的步伐,松原市政府在松花江拟建天河大桥。天河大桥桥址位于松原市中西部,连接第二松花江南北两岸,在松原松花江大桥下游约2.9公里处,南、北两端分别与规划城市快速路环保大街和溪浪河大街相接,项目总长3.823公里,其中桥梁长2791.04米,接线长1031.88米。
  4.2混凝土主箱梁
  主梁为单箱双室箱梁,钢筋混凝土结构,混凝土强度等级为 C50,箱梁高 1.635~1.8 m,梁宽 24.4 m,顶、底板厚20cm,设 3 道腹板,中腹板厚 40cm,边腹板厚 120cm,墩顶横隔板厚 100cm,端横隔板厚 200cm。箱梁纵向不配预应力筋,横向配预应力筋(墩顶横隔板处布置 8 束 9φj15.2(8φj15.2)钢绞线,端横隔板处布置 8 束 9φj15.2 钢绞线,其余横隔板处每处布置 8 束 9φj15.2 钢绞线。桥面铺装为 8cm 厚 C40钢纤维混凝土。
  4.3主缆、吊索
  主缆采用钢绞线外套钢管混凝土结构,每根主缆中设 140根φj15.24 高强度低松弛钢绞线(Rby=1860MPa),主缆外套钢管采用材质为 Q345 的φ325×10 钢管,主缆张拉完毕后,在钢管内灌注 C50 水泥砂浆保护。
  主缆索线型为二次抛物线,中、边跨矢跨比均为 1/6。中跨主缆采用两端张拉,张拉端锚固于塔顶,边跨缆索采用单端张拉(锚固端设在主梁端部,张拉端设于塔顶)。主缆在边跨与中跨都有一段从主梁边腹板内通过。采用此种型式的主缆和吊杆,主要有 3 个好处:
  (1)主缆和吊杆截面大,可减小运营状态下主梁的变形;(2)主缆和吊杆外部的钢管混凝土可以对钢绞线进行有效的防护;(3)吊杆上吊点的下滑力由外部钢管混凝土传递到主梁和塔柱上,可以解决自锚式悬索桥吊杆索夹下滑力偏大、索夹不易处理的间题。
  5 桥梁施工
  5.1主梁施工
  桥梁结构为塔梁固结体系。主梁在许南公路处施工期间为了保障道路的畅通,设置上下行各一个汽车通道及人行通道。通道基础为扩大基础,用型钢做成门式构架,上铺型钢分配梁。其它梁段施工采用满堂钢管脚手架作为承重支架,支架顶和箱梁模板下设置方木和可调楔块。
  5.2主塔施工
  主塔为该桥的标志性结构物,在考虑结构稳定性的同时还要考虑其作为城市建筑所需要的美观性,加之主塔施工在主箱梁混凝土浇注施工完成后进行,所以根据主塔高度及工程量,本桥主塔柱分两次施工,第一次施工下节 8m 高度混凝土范围,第二次施工上节 5.333m 塔柱锚固部分。
  5.3主缆及吊杆施工
  (1)主缆及吊杆穿索
  (2)主缆及吊杆张拉缆索的张拉是关系到本桥成败的关键工序,该桥设计的主缆及吊杆张拉顺序为:先张拉吊杆,然后张拉主缆。
  (3)主缆及吊杆焊接和压浆由于主缆及吊杆钢绞线总有部分紧贴外侧套管,焊接时高温及电火花对主缆和吊杆钢绞线的材质和预应力损失将会有很大的影响。
  6 体系转换
  鉴于该桥受力的特殊性,按照理论计算,主桥张拉完之后,主梁会完全脱架。实际施工中,这种理想状态出现的可能性不大,中跨不会全部脱架,如果脱架位置选择不正确的话,主梁会产生瞬时下落的趋势,此时主梁可能会在外力作用下承受较大的弯曲应力,所以梁体脱架时采用三跨同时从塔柱处开始,依次逐排对称向两侧同时卸架的方案,使力逐步向中心墩转移。从而完成桥梁的体系转换。
  7 施工中的技术难题及解决方法
  7.1本桥主缆为单根穿束和单索张拉,正常情况下很易出现相互扭绞、挤压和张拉不畅等状况。施工中通过合理安排穿索顺序和钢绞线的限位装置,避免了在穿索和张拉过程中各索的相互扭绞和挤压,完成后,经检测索位和索力正常。
  7.2针对主缆压浆,由于主缆钢管与吊杆钢管互通,且它们与外界通道亦较多,按照原设计要求进行封闭抽成真空不太现实,因此在施工中充分理解了设计意图,经论证分析并借鉴了钢管混凝土拱桥的压浆技术,将真空压灌浆改为先顶升压灌吊杆钢管,然后再顶升压灌主缆钢管。
  7.3塔顶锚固区钢筋密集,主跨和边跨的主缆索管相互交叉,截面削弱大,混凝土灌注和振捣十分困难。
  7.4按原设计主缆和吊杆在张拉完毕再焊接钢管和索箍,这对主缆和吊杆在高应力状态下钢绞线的质量和应力损失将会有一定的影响。
  8 结语
  该桥是一座不同于常规的自锚式悬索桥,其主缆及吊杆的设计及安装方法独特,国内外已建成桥梁中未见先例。具有较高的技术含量。施工中没有成功经验可借鉴,施工难度大。本套施工方案是完全根据本桥的具体结构特点,结合理论计算,并参考了钢管混凝土拱桥压浆技术以及多年常规悬索桥的成功施工经验确定的,施工中所采用的主缆穿索、张拉及长距离、大方量非真空压浆等施工方案在国内同类结构桥梁中属于首创,对以后同类型或类似工程的施工具有一定的借鉴价值。
  
  参考文献
  [1]铁道部大桥工程局.悬索桥.北京:科学文献出版社,1996.

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