上海长江大桥总体设计与关键技术.pdf

上海长江大桥总体设计与关键技术上海长江大桥总体设计与关键技术 上海市政工程设计研究总院上海市政工程设计研究总院 一、概况一、概况一、概况一、概况 01 二、建设条件二、建设条件二、建设条件二、建设条件 02 三、主要设计标准三、主要设计标准三、主要设计标准三、主要设计标准 03 四、总体设计四、总体设计四、总体设计四、总体设计 04 五、结构设计五、结构设计五、结构设计五、结构设计 05 汇报内容汇报内容 六、关键技术研究六、关键技术研究六、关键技术研究六、关键技术研究 06 七、结语七、结语七、结语七、结语07 一、概况一、概况 上海市崇明越江通道工程是国家公路网沪陕高速（g40） 的重要组成部分，工程采用“南隧北桥”的建设方案，总 长25.5 km，是目前世界上最长的隧桥结合工程。 一、概况 上海市崇明越江通道工程是国家公路网沪陕高速（g40） 的重要组成部分，工程采用“南隧北桥”的建设方案，总 长25.5 km，是目前世界上最长的隧桥结合工程。 一、概况 一、概况 工程起点位于上海浦东与a30立交相接，以隧道方案穿越长 江南港，全长8.95km；经长兴岛以桥梁方案跨越长江北港 水域，终点至崇明岛陈家镇，全长16.57km。 一、概况 工程起点位于上海浦东与a30立交相接，以隧道方案穿越长 江南港，全长8.95km；经长兴岛以桥梁方案跨越长江北港 水域，终点至崇明岛陈家镇，全长16.57km。 上海长江大桥由跨江段桥梁及长兴岛、崇明岛接线道路、 立交等组成。跨江段桥梁是一座巨型组合桥，全长 9.966km，包括一座主航道桥、一座辅航道桥和大量非通 航孔桥。 一、概况 上海长江大桥由跨江段桥梁及长兴岛、崇明岛接线道路、 立交等组成。跨江段桥梁是一座巨型组合桥，全长 9.966km，包括一座主航道桥、一座辅航道桥和大量非通 航孔桥。 一、概况 为促进崇明三岛联动发展，规划中提出轨道交通9号线向北延 伸，经长兴岛登陆崇明。为有效利用土地资源，节省投资， 要求轨道交通9号线跨江段与长江隧桥工程合建。 为促进崇明三岛联动发展，规划中提出轨道交通9号线向北延 伸，经长兴岛登陆崇明。为有效利用土地资源，节省投资， 要求轨道交通9号线跨江段与长江隧桥工程合建。 一、概况一、概况 轨道交通采用的直线电机运载系统，车宽2.5m，高 3.15m，长为16.5m。车厢内部高度2.1m。轨道交通设计速 度：90km/h，列车按10辆车编组，车辆轴重为120kn。 轨道交通采用的直线电机运载系统，车宽2.5m，高 3.15m，长为16.5m。车厢内部高度2.1m。轨道交通设计速 度：90km/h，列车按10辆车编组，车辆轴重为120kn。 图2 加拿大直线电机轮轨交通车辆图1 东京12000型直线电机地铁 一、概况一、概况 ? 1993年5月，成立了长江口越江通道前期课题研究小组。1993年5月，成立了长江口越江通道前期课题研究小组。 ? 1994年10月，完成了长江口越江通道工程重大技术经济问题 前期研究。 1994年10月，完成了长江口越江通道工程重大技术经济问题 前期研究。 ? 1998年9月2001年1月完成了崇明越江通道工程预可行性研 究。 1998年9月2001年1月完成了崇明越江通道工程预可行性研 究。 ? 2001年4月8月，组织了崇明越江通道国际方案的征集。2001年4月8月，组织了崇明越江通道国际方案的征集。 ? 2002年11月，完成了崇明越江通道工程可行性研究。2002年11月，完成了崇明越江通道工程可行性研究。 ? 2004年46月，组织了设计方案的投标。2004年46月，组织了设计方案的投标。 ? 2004年12月，完成了初步设计研究。2004年12月，完成了初步设计研究。 ? 2005年9月完成主体施工图设计，同月开工建设。2005年9月完成主体施工图设计，同月开工建设。 一、概况一、概况 一、概况一、概况 气候分析与评价报告8 工程水域水文调查与分析报告9 越江工程建设与水域通航环境的影响7 东线比较线地质调查6 东线规划线工程地质调查5 北港桥梁通航标准论证报告4 桥梁隧道通航净空尺度和技术要求论 证报告 3 河势条件分析研究报告2 越江通道综合规划方案1 专题研究内容编 号 气候分析与评价报告8 工程水域水文调查与分析报告9 越江工程建设与水域通航环境的影响7 东线比较线地质调查6 东线规划线工程地质调查5 北港桥梁通航标准论证报告4 桥梁隧道通航净空尺度和技术要求论 证报告 3 河势条件分析研究报告2 越江通道综合规划方案1 专题研究内容编 号 南港比较线方案桥墩对南岸重点目标 的影响 15 环境评估研究16 上海崇明通道流量预测与分析17 隧道风井及桥墩的局部冲刷试验研究 报告 14 越江通道综合规划方案船舶撞击力及 防撞研究报告 13 风环境特性统计分析与桥梁抗风性能 试验研究 12 桥梁方案模型试验研究报告11 水动力学关键技术研究10 专题研究内容编 号 南港比较线方案桥墩对南岸重点目标 的影响 15 环境评估研究16 上海崇明通道流量预测与分析17 隧道风井及桥墩的局部冲刷试验研究 报告 14 越江通道综合规划方案船舶撞击力及 防撞研究报告 13 风环境特性统计分析与桥梁抗风性能 试验研究 12 桥梁方案模型试验研究报告11 水动力学关键技术研究10 专题研究内容编 号 一、概况一、概况 大桥业主：上海长江隧桥建设发展有限公司 设计单位：上海市政工程设计研究总院 设计审查：中铁大桥设计院与上海城建设计院 本工程从1993年开始，历经10多年的前期研究工 作，于2005年9月开工建设，主体结构已在2008年6月全 线贯通。2009年10月底，大桥建成通车。 一、概况 大桥业主：上海长江隧桥建设发展有限公司 设计单位：上海市政工程设计研究总院 设计审查：中铁大桥设计院与上海城建设计院 本工程从1993年开始，历经10多年的前期研究工 作，于2005年9月开工建设，主体结构已在2008年6月全 线贯通。2009年10月底，大桥建成通车。 一、概况 设计阶段设计阶段 二、建设条件 地质剖面图 长兴 岛 堡镇 沙 崇明 岛 涨潮 沟 二、建设条件 江底呈现南北两个水道。南水道宽约4.2公里，水深16 18m；北水道宽约800m，最大水深约16m。在近崇明岛北港北 侧分布有一宽约2.7公里的暗砂（堡镇沙)。 地质剖面图 长兴 岛 堡镇 沙 崇明 岛 涨潮 沟 二、建设条件 江底呈现南北两个水道。南水道宽约4.2公里，水深16 18m；北水道宽约800m，最大水深约16m。在近崇明岛北港北 侧分布有一宽约2.7公里的暗砂（堡镇沙)。 ?工程规模浩大；工程规模浩大； ? 长江口复杂的水文条 件； 长江口复杂的水文条 件； ?冲积层软弱地基；冲积层软弱地基； ?漫滩、深水、江中 沙洲等复杂地形； 漫滩、深水、江中 沙洲等复杂地形； ?强风、潮汐影响频 繁； 强风、潮汐影响频 繁； ?淡咸水交替腐蚀环 境； 淡咸水交替腐蚀环 境； ?生态、环景保护要 求高； 生态、环景保护要 求高； ?通航等级高；通航等级高； ?预留轨道交通空 间。 预留轨道交通空 间。 二、建设条件二、建设条件 三、主要设计标准 （1）双向六车道高速公路，两侧设连续紧急停车带（远期为预留轨 道交通空间）。 （2）公路设计行车速度：100km/h； 轨道交通最高运行速度： 90km/h。 （3）设计荷载：公路级轨道交通荷载。 （4）地震烈度：7度 （5）通航标准 ： 3万吨级集装箱及5万吨级散货船单孔双向通航孔一处，设置在主 航道桥主跨。 5000吨级船舶单向通航孔二处，设置在主航道桥两个边跨。 3000吨级船舶双孔单向通航孔一处，设置在辅航道桥主跨。 （6）设计使用寿命：100年。 （1）双向六车道高速公路，两侧设连续紧急停车带（远期为预留轨 道交通空间）。 （2）公路设计行车速度：100km/h； 轨道交通最高运行速度： 90km/h。 （3）设计荷载：公路级轨道交通荷载。 （4）地震烈度：7度 （5）通航标准 ： 3万吨级集装箱及5万吨级散货船单孔双向通航孔一处，设置在主 航道桥主跨。 5000吨级船舶单向通航孔二处，设置在主航道桥两个边跨。 3000吨级船舶双孔单向通航孔一处，设置在辅航道桥主跨。 （6）设计使用寿命：100年。 三、主要设计标准三、主要设计标准 四、总体设计四、总体设计 ?百年使用寿命百年使用寿命 ?便于养护并具有全寿命经济性便于养护并具有全寿命经济性 ?技术先进并且造价经济技术先进并且造价经济 ?功能完善而且能充分表现美学价值功能完善而且能充分表现美学价值 （ 结构的耐久性、环境保护与节能、人性化 设计、细节设计、设计与施工的密切结合） （ 结构的耐久性、环境保护与节能、人性化 设计、细节设计、设计与施工的密切结合） 四、总体设计四、总体设计 设计目标： 安全、适用、经济、美观、耐久、环 保。 设计目标： 安全、适用、经济、美观、耐久、环 保。 跨江段跨江段桥梁是一座巨型组合桥，全长9.966km，包 括一座主航道桥、一座辅航道桥和大量非通航孔桥。 预留轨道交通空间与跨江段桥梁共线长度9180m。 跨江段跨江段桥梁是一座巨型组合桥，全长9.966km，包 括一座主航道桥、一座辅航道桥和大量非通航孔桥。 预留轨道交通空间与跨江段桥梁共线长度9180m。 跨径布置 四、总体设计 跨径布置与桥型 跨径布置 四、总体设计 跨径布置与桥型 主航道桥主航道桥主跨730m双塔双索面分离钢箱梁斜拉桥； 辅航道桥 主跨730m双塔双索面分离钢箱梁斜拉桥； 辅航道桥主跨140m变高度预应力砼连续梁； 非通航孔桥 主跨140m变高度预应力砼连续梁； 非通航孔桥主跨30/50/60/70m等高度预应力砼连续梁； 105m主跨钢砼组合梁。 主跨30/50/60/70m等高度预应力砼连续梁； 105m主跨钢砼组合梁。 横断面 (1）近期（桥面设双向六车道，两侧设4.15m宽紧急停车带）： 非通航孔标准横断面宽度35.3m。 横断面 (1）近期（桥面设双向六车道，两侧设4.15m宽紧急停车带）： 非通航孔标准横断面宽度35.3m。 四、总体设计四、总体设计 横断面 (2）远期（桥面设双向六车道与双线轨道交通）： 非通航孔标准横断面宽度36.4m。 横断面 (2）远期（桥面设双向六车道与双线轨道交通）： 非通航孔标准横断面宽度36.4m。 四、总体设计四、总体设计 跨江段桥梁线形跨江段桥梁线形 跨江段桥梁采用大半径，s形平面线形，既满足通航与水 流，又使道路线形流畅，行车舒适。 跨江段桥梁采用大半径，s形平面线形，既满足通航与水 流，又使道路线形流畅，行车舒适。 四、总体设计四、总体设计 潘园互通立交潘园互通立交 陈海互通立交陈海互通立交 四、总体设计四、总体设计 为确保大桥运营安全，本工程还配置了较为完善的养护设施、安全设施、监 控设施、通信设施、收费系统、健康监测系统、服务设施、供电照明及房建 等。 为确保大桥运营安全，本工程还配置了较为完善的养护设施、安全设施、监 控设施、通信设施、收费系统、健康监测系统、服务设施、供电照明及房建 等。 四、总体设计四、总体设计 k20+888.64 k25+351.734 k20+888.64 k25+351.734 k10+921.12 k20+888.64 k10+921.12 k20+888.64 k8+779.93 k10+921.12 k8+779.93 k10+921.12 16.57116.5714.4634.4639.9679.9672.1412.141 总长度（km）总长度（km）崇明岛连接线（km）崇明岛连接线（km）跨江段桥梁（km）跨江段桥梁（km）长兴岛连接线（km）长兴岛连接线（km） 1 1条条辅道（含一座小 桥） 辅道（含一座小 桥） 1212 5 5座座中小桥（不含立 交桥梁） 中小桥（不含立 交桥梁） 1111 2121座座涵洞、管涵涵洞、管涵1010 1616道道横向通道横向通道9 9 2 2座座横向地道横向地道8 8 2 2座座互通式立交互通式立交7 7 2 2座座匝道收费站匝道收费站6 6 1 1处处服务区服务区5 5 1 1处处管控中心管控中心4 4 4.4634.463kmkm崇明岛连接线崇明岛连接线3 3 2.1412.141kmkm长兴岛连接线长兴岛连接线2 2 9.9679.967kmkm跨江段桥梁长度跨江段桥梁长度1 1 数量数量单位单位项目项目序号序号 四、总体设计四、总体设计 五、结构设计五、结构设计 主航道桥 五、结构设计 主航道桥 五、结构设计 主航道桥主跨需满足远期5万吨船舶通行要求。主通航孔单孔双 向通航净空为585m52.7m，两个边跨需满足5000吨级船舶通行 要求，各设一个净空为146m36m的单向通航孔。 采用跨径为92+258+730+258+92m的双塔双索面斜拉桥，采用动 力阻尼器加刚性限位的纵向结构体系 。 主航道桥主跨需满足远期5万吨船舶通行要求。主通航孔单孔双 向通航净空为585m52.7m，两个边跨需满足5000吨级船舶通行 要求，各设一个净空为146m36m的单向通航孔。 采用跨径为92+258+730+258+92m的双塔双索面斜拉桥，采用动 力阻尼器加刚性限位的纵向结构体系 。 92m92m258m730m258m 五、结构设计 主航道桥 每侧主塔与主梁间设置四个粘滞阻尼器。阻尼器最大阻尼力f 2400kn，最大限位力3500kn，阻尼常数 c=2500kn/(m/s)，阻尼指数0.2，阻尼器的运动速度小 于等于0.762m/s。刚性限位行程为550mm。 五、结构设计 主航道桥 每侧主塔与主梁间设置四个粘滞阻尼器。阻尼器最大阻尼力f 2400kn，最大限位力3500kn，阻尼常数 c=2500kn/(m/s)，阻尼指数0.2，阻尼器的运动速度小 于等于0.762m/s。刚性限位行程为550mm。 人字形塔（推荐）钻石形塔一倒y形塔钻石形塔二 不同桥塔方案图 人字形塔（推荐）钻石形塔一倒y形塔钻石形塔二 不同桥塔方案图 五、结构设计 主航道桥 五、结构设计 主航道桥 五、结构设计五、结构设计 上海长江大桥（主跨上海长江大桥（主跨730m ）上海杨浦大桥（主跨上海杨浦大桥（主跨602m ）上海南浦大桥（主跨）上海南浦大桥（主跨602m ） 上海徐浦大桥（主跨 ） 上海徐浦大桥（主跨590m ）上海东海大桥（主跨）上海东海大桥（主跨430m ）上海东海大桥（主跨）上海东海大桥（主跨332m ） 苏通大桥 （主跨苏通大桥 （主跨1088m） 多多罗大桥 （主跨 ） 多多罗大桥 （主跨990m） 诺曼底大桥 （主跨 ） 诺曼底大桥 （主跨890m） 上海长江大桥（主跨 ） 上海长江大桥（主跨730m ） 昂船洲大桥 （主跨昂船洲大桥 （主跨1088m） 世界第五 、中国第 三 世界第五 、中国第 三 人字形桥塔总高 216.3m。 顺桥向尺寸7.4m 12m；横桥向尺寸 7.4m9.0m。 桥塔为钢筋混凝土 结构，采用c50混 凝土。 五、结构设计 主航道桥 人字形桥塔总高 216.3m。 顺桥向尺寸7.4m 12m；横桥向尺寸 7.4m9.0m。 桥塔为钢筋混凝土 结构，采用c50混 凝土。 五、结构设计 主航道桥 索塔锚固采用了便于施工的钢锚箱方式。钢锚箱与混凝土塔壁之间用剪 力钉连接共同参与受力。经计算分析，85%斜拉索水平力由拉板承担， 15%斜拉索水平力由混凝土塔壁承担；斜拉索竖向分力通过钢锚箱传递到 基座混凝土平台的比例约为10%，通过剪力钉传递到混凝土塔壁的比例约 为90%。 索塔锚固采用了便于施工的钢锚箱方式。钢锚箱与混凝土塔壁之间用剪 力钉连接共同参与受力。经计算分析，85%斜拉索水平力由拉板承担， 15%斜拉索水平力由混凝土塔壁承担；斜拉索竖向分力通过钢锚箱传递到 基座混凝土平台的比例约为10%，通过剪力钉传递到混凝土塔壁的比例约 为90%。 五、结构设计 主航道桥 五、结构设计 主航道桥 主梁采用分离式钢箱梁，全宽51.5m，梁高4m，采用 q345qd钢材。分离钢箱梁之间由钢横梁连接。钢箱梁标准 节段长度为15m，采用全焊连接。 五、结构设计 主航道桥 主梁采用分离式钢箱梁，全宽51.5m，梁高4m，采用 q345qd钢材。分离钢箱梁之间由钢横梁连接。钢箱梁标准 节段长度为15m，采用全焊连接。 五、结构设计 主航道桥 分离钢箱梁 钢箱梁标准节段长度为15m，单个箱宽20.75m，全桥共分 为99个节段。标准节段重约340t。 钢结构采用全焊连接。边跨及辅助墩顶范围钢箱梁内设平 衡压重。 斜拉桥钢桥面沥青铺装采用5.5 cm厚国产双层环氧沥青混 凝土。两侧硬路肩采用5.5 cm厚浇筑式沥青混凝土。 五、结构设计 主航道桥 分离钢箱梁 钢箱梁标准节段长度为15m，单个箱宽20.75m，全桥共分 为99个节段。标准节段重约340t。 钢结构采用全焊连接。边跨及辅助墩顶范围钢箱梁内设平 衡压重。 斜拉桥钢桥面沥青铺装采用5.5 cm厚国产双层环氧沥青混 凝土。两侧硬路肩采用5.5 cm厚浇筑式沥青混凝土。 五、结构设计 主航道桥 五、结构设计 主航道桥 五、结构设计 主航道桥 采用跨径为80+140+140+80m的变高度预应力混凝土连续梁 桥，主梁高度48.5m，桥墩采用空心薄壁墩，2.5m钻孔 灌注桩基础。 主梁采用挂篮平衡浇注法施工。 采用跨径为80+140+140+80m的变高度预应力混凝土连续梁 桥，主梁高度48.5m，桥墩采用空心薄壁墩，2.5m钻孔 灌注桩基础。 主梁采用挂篮平衡浇注法施工。 80m80m140m140m 五、结构设计 辅航道桥 五、结构设计 辅航道桥 桥墩采用钢筋混凝土空心薄壁墩；3m（上段）2.5m（下 段）变截面钻孔灌注桩基础 五、结构设计 辅航道桥 桥墩采用钢筋混凝土空心薄壁墩；3m（上段）2.5m（下 段）变截面钻孔灌注桩基础 五、结构设计 辅航道桥 3.2 辅航道桥三、结构设计辅航道桥三、结构设计 辅航道桥效果图辅航道桥效果图 五、结构设计 辅航道桥 五、结构设计 辅航道桥 五、结构设计五、结构设计 非通航孔桥长度7.10 km，其中6.26 km长结构采用预制拼装 技术，占非通航孔桥长度的89，占跨江段桥梁长度的 62%。全桥共计28片整孔预制吊装组合箱梁；64片整孔预制 吊装pc箱梁；64跨节段预制拼装pc梁；96个预制吊装rc墩 柱。 非通航孔桥长度7.10 km，其中6.26 km长结构采用预制拼装 技术，占非通航孔桥长度的89，占跨江段桥梁长度的 62%。全桥共计28片整孔预制吊装组合箱梁；64片整孔预制 吊装pc箱梁；64跨节段预制拼装pc梁；96个预制吊装rc墩 柱。 近主通航孔两侧深水区段各一联700m采用85m+5x105m+90m跨径 钢-砼叠合梁连续梁，七跨一联，全桥共14跨，梁高5m，预制 墩柱，1.2m钢管桩基础。 施工方法采用整孔吊装，先简支后连续。 近主通航孔两侧深水区段各一联700m采用85m+5x105m+90m跨径 钢-砼叠合梁连续梁，七跨一联，全桥共14跨，梁高5m，预制 墩柱，1.2m钢管桩基础。 施工方法采用整孔吊装，先简支后连续。 90m5105m85m 非航道桥（105m跨钢混组合连续梁） 五、结构设计 非航道桥（105m跨钢混组合连续梁） 五、结构设计 非航道桥（非航道桥（105m跨组合梁）效果图跨组合梁）效果图 非航道桥（105m跨钢混组合连续梁） 五、结构设计 非航道桥（105m跨钢混组合连续梁） 五、结构设计 桥梁上下行车道分成两幅桥，均采用单箱单室截面，桥面宽17.15m，梁高 5m。主梁横断面由槽形钢梁与混凝土桥面板通过连接件结合而成。 用钢量指标：实施方案（预留轨道交通空间）每平方米用钢量359kg； 比较方案（不考虑预留轨道交通空间）每平方米用钢量310kg。 桥梁上下行车道分成两幅桥，均采用单箱单室截面，桥面宽17.15m，梁高 5m。主梁横断面由槽形钢梁与混凝土桥面板通过连接件结合而成。 用钢量指标：实施方案（预留轨道交通空间）每平方米用钢量359kg； 比较方案（不考虑预留轨道交通空间）每平方米用钢量310kg。 结构计算分析方法 （1）建立平面与空间模型，从施工阶段至运营阶段进行全面的计算与 对比分析。分析表明，采用传统简化方法，即采用平面计算模型， 通过有效宽度考虑剪力滞效应的计算方法不能准确模拟大跨度组合 结构连续梁空间受力特性，大部分结构应力状态过高，分析计算误 差大。 （2）对连接件采用传统的刚性模型与滑移模型，从施工阶段至运营阶 段进行全面的计算与对比分析。分析表明，对大跨度组合结构连续 梁忽略连接件的滑移影响会得到偏于不利的计算结果，甚至在某些 部位的误差很大，而导致不经济的设计结果。考虑焊钉的滑移影 响，具有降低结构整体刚度与引起结构内力的调整以及分散局部应 力集中的作用。 结构计算分析方法 （1）建立平面与空间模型，从施工阶段至运营阶段进行全面的计算与 对比分析。分析表明，采用传统简化方法，即采用平面计算模型， 通过有效宽度考虑剪力滞效应的计算方法不能准确模拟大跨度组合 结构连续梁空间受力特性，大部分结构应力状态过高，分析计算误 差大。 （2）对连接件采用传统的刚性模型与滑移模型，从施工阶段至运营阶 段进行全面的计算与对比分析。分析表明，对大跨度组合结构连续 梁忽略连接件的滑移影响会得到偏于不利的计算结果，甚至在某些 部位的误差很大，而导致不经济的设计结果。考虑焊钉的滑移影 响，具有降低结构整体刚度与引起结构内力的调整以及分散局部应 力集中的作用。 五、结构设计五、结构设计 五、结构设计 减小正弯矩区钢结构应力技术措施 五、结构设计 减小正弯矩区钢结构应力技术措施 通过本次技术措施，钢梁底板拉应力减小了33mpa。通过本次技术措施，钢梁底板拉应力减小了33mpa。 五、结构设计五、结构设计 墩顶双结合 在钢底板上浇筑厚度50cm 混凝土板，与钢底板共同参与 受力。该技术措施使得支点区域钢梁底板厚度由56mm下 降至28mm 墩顶双结合 在钢底板上浇筑厚度50cm 混凝土板，与钢底板共同参与 受力。该技术措施使得支点区域钢梁底板厚度由56mm下 降至28mm 五、结构设计五、结构设计 改善负弯距区受力状态技术措施 （1）合理配置普通 钢筋，限制混凝土裂 缝宽度在0.10mm以 下； （2）采用整孔预制 吊装，先简支后连续 的施工工法。组合梁 负弯矩区桥面板滞后 结合。 （3）采用支点升降 法 （4）重视桥面防水 设计。 改善负弯距区受力状态技术措施 （1）合理配置普通 钢筋，限制混凝土裂 缝宽度在0.10mm以 下； （2）采用整孔预制 吊装，先简支后连续 的施工工法。组合梁 负弯矩区桥面板滞后 结合。 （3）采用支点升降 法 （4）重视桥面防水 设计。 五、结构设计五、结构设计 非航道桥（70m跨连续梁）： 深水区段采用70m跨预应力砼连续梁（67孔左右一联）共 32跨；主梁高度4m；预制墩柱，1.2m钢管桩基础。 主梁采取整体预制、吊装，先简支后连续的施工工艺。 非航道桥（70m跨连续梁）： 深水区段采用70m跨预应力砼连续梁（67孔左右一联）共 32跨；主梁高度4m；预制墩柱，1.2m钢管桩基础。 主梁采取整体预制、吊装，先简支后连续的施工工艺。 70m 五、结构设计五、结构设计 非航道桥（非航道桥（70m跨连续梁）效果图跨连续梁）效果图 非航道桥（70m跨连续梁）： 五、结构设计 非航道桥（70m跨连续梁）： 五、结构设计 非航道桥（60m跨连续梁）： 堡镇砂浅水区采用60m跨预制节段拼装连续梁（67孔左右 一联）共32跨；主梁高度3.6m；现浇墩柱，1.6m钻孔灌注 桩基础。 采用短线法预制节段、悬臂拼装施工。 非航道桥（60m跨连续梁）： 堡镇砂浅水区采用60m跨预制节段拼装连续梁（67孔左右 一联）共32跨；主梁高度3.6m；现浇墩柱，1.6m钻孔灌注 桩基础。 采用短线法预制节段、悬臂拼装施工。 60m 五、结构设计五、结构设计 非航道桥（60m跨连续梁）： 五、结构设计 非航道桥（60m跨连续梁）： 五、结构设计 非航道桥（50m跨连续梁）： 长兴岛浅滩、崇明岸堤内外区段采用50m跨预应力砼连续梁（ 7孔一联）共66跨；主梁高度3.0m 非航道桥（50m跨连续梁）： 长兴岛浅滩、崇明岸堤内外区段采用50m跨预应力砼连续梁（ 7孔一联）共66跨；主梁高度3.0m ；现浇墩柱， 1.6m钻孔 灌注桩基础； 搭设施工栈桥与平台施工；主梁采用造桥机逐孔浇筑。 现浇墩柱， 1.6m钻孔 灌注桩基础； 搭设施工栈桥与平台施工；主梁采用造桥机逐孔浇筑。 50m 五、结构设计五、结构设计 非通航孔桥采用采用矩形空心薄壁墩，钢筋混凝土结 构。深水区采取预制墩柱吊装、浅水区水上现浇墩柱混凝 土。 预制墩柱重量受预制场起吊设备与码头的承载能力控 制，最大为400t。低墩整节预制安装，中高墩分24节预制 安装。 漫滩区、浅水区采用1.62.0m钻孔灌注桩基础；陆上 段采用0.6mphc桩基础；深水段采用1.2m钢管桩基础。 墩柱与基础 五、结构设计 非通航孔桥采用采用矩形空心薄壁墩，钢筋混凝土结 构。深水区采取预制墩柱吊装、浅水区水上现浇墩柱混凝 土。 预制墩柱重量受预制场起吊设备与码头的承载能力控 制，最大为400t。低墩整节预制安装，中高墩分24节预制 安装。 漫滩区、浅水区采用1.62.0m钻孔灌注桩基础；陆上 段采用0.6mphc桩基础；深水段采用1.2m钢管桩基础。 墩柱与基础 五、结构设计 五、结构设计五、结构设计 采用自主研发的防撞等级能承受集装箱卡车桩基的钢混凝 土组合结构护栏。 采用自主研发的防撞等级能承受集装箱卡车桩基的钢混凝 土组合结构护栏。 五、结构设计五、结构设计 六、关键技术研究六、关键技术研究 桥梁结构健康监测设计方案研究15 轨道交通无缝线路设计研究（新增）14 上海长江大桥合理刚度及列车走行性研究（新增）13 正交异性钢桥面铺装结构与工艺研究12 高速公路填筑材料试验研究11 提高混凝土结构抗裂性措施研究10 索塔、索梁锚固系统的数值分析与试验研究9 主航道桥阻尼装置应用研究8 混凝土耐久性设计方案7 大跨度钢-砼组合连续箱梁关键技术研究6 结构抗震性能研究5 地震动参数研究4 主通航孔抗风性能研究3 基础防撞研究2 桥墩基础冲刷分析与试验研究1 专题名称编号 桥梁结构健康监测设计方案研究15 轨道交通无缝线路设计研究（新增）14 上海长江大桥合理刚度及列车走行性研究（新增）13 正交异性钢桥面铺装结构与工艺研究12 高速公路填筑材料试验研究11 提高混凝土结构抗裂性措施研究10 索塔、索梁锚固系统的数值分析与试验研究9 主航道桥阻尼装置应用研究8 混凝土耐久性设计方案7 大跨度钢-砼组合连续箱梁关键技术研究6 结构抗震性能研究5 地震动参数研究4 主通航孔抗风性能研究3 基础防撞研究2 桥墩基础冲刷分析与试验研究1 专题名称编号 六、关键技术六、关键技术 三维数学模型分析 采用随机紊流模型和局部冲刷挟沙能力公式建立的三维局部冲刷 数学模型，计算表明，在98洪水和不利大潮组合下，通航主墩最大 冲刷深度19.5m，最大冲刷坑深度位于桥墩迎水面前沿。 三维数学模型分析 采用随机紊流模型和局部冲刷挟沙能力公式建立的三维局部冲刷 数学模型，计算表明，在98洪水和不利大潮组合下，通航主墩最大 冲刷深度19.5m，最大冲刷坑深度位于桥墩迎水面前沿。 p color = bed elevation (m) 通航主墩 97storm tide p color = bed elevation (m) 通航主墩 97storm tide 桥墩基础冲刷分析与试验研究桥墩基础冲刷分析与试验研究 物理模型试验研究物理模型试验研究 /12080非通航孔100m /12080非通航孔70m /12080非通航孔50m /150100辅通航孔边墩 /15010080辅通航孔主墩 /150100主通航孔边墩 /150100主通航孔辅墩 250200150100主通航孔主墩 比尺项目 /12080非通航孔100m /12080非通航孔70m /12080非通航孔50m /150100辅通航孔边墩 /15010080辅通航孔主墩 /150100主通航孔边墩 /150100主通航孔辅墩 250200150100主通航孔主墩 比尺项目 桥墩基础冲刷分析与试验研究桥墩基础冲刷分析与试验研究 桥墩基础冲刷分析与试验研究 桥墩局部最大冲刷深度 桥墩基础冲刷分析与试验研究 桥墩局部最大冲刷深度 6.25.3非通航孔桥墩非通航孔桥墩100m墩距墩距52# 5.55.6非通航孔桥墩非通航孔桥墩100m墩距墩距65# 5.45.3非通航孔桥墩非通航孔桥墩70m墩距墩距72# 5.34.7非通航孔桥墩非通航孔桥墩70m墩距墩距48# 5.84.3非通航孔桥墩非通航孔桥墩60m墩距墩距111# 3.8非通航孔桥墩非通航孔桥墩50m墩距墩距28# 7.26.3辅通航孔边墩辅通航孔边墩112# 8.16.9辅通航孔主墩辅通航孔主墩113# 6.47.2主通航孔边墩主通航孔边墩64# 6.97.9主通航孔辅墩主通航孔辅墩 63 12.513.6主通航孔主墩主通航孔主墩 62 风暴潮风暴潮(m)洪峰大潮洪峰大潮(m)水文组合 试验墩型 水文组合 试验墩型 依据通航船舶船型、流量预测分析结果；结合航道条件、港口规划、水文等 防撞参数，进行船撞力计算参数认证。通过瞬态有限元法、动力模拟法、经 验公式法等多种方法分析计算船撞力。依据船舶碰撞概率分析，确定了近期 、远期桥墩防撞工况、防撞力标准与防撞方案。 依据通航船舶船型、流量预测分析结果；结合航道条件、港口规划、水文等 防撞参数，进行船撞力计算参数认证。通过瞬态有限元法、动力模拟法、经 验公式法等多种方法分析计算船撞力。依据船舶碰撞概率分析，确定了近期 、远期桥墩防撞工况、防撞力标准与防撞方案。 基础防撞基础防撞 承台外设钢套箱效能防撞装置，既保护桥梁结构，又保护通 行船只 。施工期作为施工围堰。 承台外设钢套箱效能防撞装置，既保护桥梁结构，又保护通 行船只 。施工期作为施工围堰。 基础防撞基础防撞 通过桥塔自立状态涡振试验，正常阻尼条件下桥塔自立状态涡振性能满足 设计要求。通过节段模型测振试验，结构颤振稳定性能满足设计要求。为 了提高行车的安全性和舒适性，提出了在主梁底留预埋件，当桥梁结构出 现涡激共振时再架设导流板以抑制涡振。 通过桥塔自立状态涡振试验，正常阻尼条件下桥塔自立状态涡振性能满足 设计要求。通过节段模型测振试验，结构颤振稳定性能满足设计要求。为 了提高行车的安全性和舒适性，提出了在主梁底留预埋件，当桥梁结构出 现涡激共振时再架设导流板以抑制涡振。 主通航孔抗风性能研究主通航孔抗风性能研究 ?采用分离钢箱梁 ，提高结构抗风稳定性采用分离钢箱梁 ，提高结构抗风稳定性 ?斜拉索护套表面压花，两端设阻尼橡胶，防止拉索风雨激振 颤振临界风速大于100m/s 斜拉索护套表面压花，两端设阻尼橡胶，防止拉索风雨激振 颤振临界风速大于100m/s 百年一遇风速百年一遇风速39.6m/s 主通航孔抗风性能研究主通航孔抗风性能研究 通过现场波速测试、地震动衰减规律与危害性概率分析、基岩地震动参 数确定与设计动参数分析，给出了地震动参数最终设计值。 确定了抗震设防标准及结构抗震性能目标。首次采用了基于结构（或构件 ）寿命与性能和构件能力保护的抗震设计方法，根据构件的重要性，不可 替代性，可更换性等明确地提出了各主要构件的验算指标与相关措施。 通过现场波速测试、地震动衰减规律与危害性概率分析、基岩地震动参 数确定与设计动参数分析，给出了地震动参数最终设计值。 确定了抗震设防标准及结构抗震性能目标。首次采用了基于结构（或构件 ）寿命与性能和构件能力保护的抗震设计方法，根据构件的重要性，不可 替代性，可更换性等明确地提出了各主要构件的验算指标与相关措施。 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 02468101214 周期(秒) 地表地震影响系数 50年3% 100年3% 27号孔50年和100年超越概率3%的垂直地表地震影响系数27号孔50年和100年超越概率3%的垂直地表地震影响系数 结构抗震性能研究结构抗震性能研究 结构抗震性能研究结构抗震性能研究 ? ? 非通航孔桥采用减隔震支座非通航孔桥采用减隔震支座非通航孔桥采用减隔震支座非通航孔桥采用减隔震支座 ? ? 主航道桥大吨位、大位移阻尼器主航道桥大吨位、大位移阻尼器主航道桥大吨位、大位移阻尼器主航道桥大吨位、大位移阻尼器 ? ? 防落梁措施防落梁措施防落梁措施防落梁措施 结构抗震性能研究结构抗震性能研究 通过系统的抗剪、抗拉拔、抗拉剪承载性能试验，较全面地研究了不 同长度的焊钉连接件的刚度及其强度。 局部模型加载试验研究，得出了钢梁翼缘板上焊钉连接件布置方式不 同可以抑制焊钉上作用的拉拔力、改善结合部受力性能的结果。 通过系统的抗剪、抗拉拔、抗拉剪承载性能试验，较全面地研究了不 同长度的焊钉连接件的刚度及其强度。 局部模型加载试验研究，得出了钢梁翼缘板上焊钉连接件布置方式不 同可以抑制焊钉上作用的拉拔力、改善结合部受力性能的结果。 大跨度钢-砼组合连续箱梁关键技术研究大跨度钢-砼组合连续箱梁关键技术研究 全桥空间有限元模型分析了混凝土桥面板、钢箱腹板及底板在近、远期 空间受力状态，比较和探讨了支座顶升高度、焊钉连接件作用的影响。 通过仿真分析研究了组合箱梁腹板、底板、箱内竖向和水平横隔撑的局 部应力状态及稳定性，提出了简化结构体系和构造措施。 全桥空间有限元模型分析了混凝土桥面板、钢箱腹板及底板在近、远期 空间受力状态，比较和探讨了支座顶升高度、焊钉连接件作用的影响。 通过仿真分析研究了组合箱梁腹板、底板、箱内竖向和水平横隔撑的局 部应力状态及稳定性，提出了简化结构体系和构造措施。 大跨度钢-砼组合连续箱梁关键技术研究大跨度钢-砼组合连续箱梁关键技术研究 进行了塔钢锚箱、索梁钢锚箱和索塔锚固区受力性能的数值计 算与试验研究，混凝土裂缝宽度、结构应力水平在规范容许范 围内。通过索梁锚固区1：1的足尺模型300万次加载疲劳试验 ，结构完好。 进行了塔钢锚箱、索梁钢锚箱和索塔锚固区受力性能的数值计 算与试验研究，混凝土裂缝宽度、结构应力水平在规范容许范 围内。通过索梁锚固区1：1的足尺模型300万次加载疲劳试验 ，结构完好。 索塔、索梁锚固系统的数值分析与试验研究索塔、索梁锚固系统的数值分析与试验研究 1361 最小设计疲劳寿命 903 1002420加速试验 458 2001930验证试验 等效寿命(年)加载次数(万次)荷载幅(kn)试验阶段 1361 最小设计疲劳寿命 903 1002420加速试验 458 2001930验证试验 等效寿命(年)加载次数(万次)荷载幅(kn)试验阶段 索塔、索梁锚固系统的数值分析与试验研究索塔、索梁锚固系统的数值分析与试验研究 22200mm剪力钉荷载位移曲线22200mm剪力钉荷载位移曲线 根据试验得出如下结论： 22200mm剪力钉的平均极限承载力为191.5kn，平 均屈服承载力为109.1kn，抗剪刚度为389.6kn/mm，平 均抗剪承载力设计值为64.2kn。 根据试验得出如下结论： 22200mm剪力钉的平均极限承载力为191.5kn，平 均屈服承载力为109.1kn，抗剪刚度为389.6kn/mm，平 均抗剪承载力设计值为64.2kn。 0 30 60 90 120 150 180 210 03691215 位移（mm） 荷载（kn） s22-2-1 s22-2-2 s22-2-3 加载试验体系加载试验体系 索塔、索梁锚固系统的数值分析与试验研究索塔、索梁锚固系统的数值分析与试验研究 设计中对索梁锚固区进行了空间有限元的计算分析与静力、 疲劳试验。 设计中对索梁锚固区进行了空间有限元的计算分析与静力、 疲劳试验。 索塔、索梁锚固系统的数值分析与试验研究索塔、索梁锚固系统的数值分析与试验研究 国内外公路与轨道交通合建的跨江桥梁建设经验很少，目 前尚无专门规范指导设计。对此，设计中开展了预留轨道 交通空间位置、设计标准、设计参数、桥梁方案、列车走 行性与强风作用下行车安全以及无缝线路方案等关键技术 研究。 国内外公路与轨道交通合建的跨江桥梁建设经验很少，目 前尚无专门规范指导设计。对此，设计中开展了预留轨道 交通空间位置、设计标准、设计参数、桥梁方案、列车走 行性与强风作用下行车安全以及无缝线路方案等关键技术 研究。 公轨合建桥梁关键技术公轨合建桥梁关键技术 斜拉桥梁端折角 高速轮轨（时速200km/h）铁路桥梁试行标准规 定桥梁梁端竖向折角不应大于2.0；水平折角不应 大于1.0。长江大桥轨道交通时速仅80km/h，梁端 折角要求应低于高速铁路。 日本时速110km/h列车梁端竖向折角限值9.0； 水平折角不应大于6.0 。 斜拉桥梁端折角 高速轮轨（时速200km/h）铁路桥梁试行标准规 定桥梁梁端竖向折角不应大于2.0；水平折角不应 大于1.0。长江大桥轨道交通时速仅80km/h，梁端 折角要求应低于高速铁路。 日本时速110km/h列车梁端竖向折角限值9.0； 水平折角不应大于6.0 。 斜拉桥梁端容许折角控制在4。斜拉桥梁端容许折角控制在4。 公轨合建桥梁关键技术公轨合建桥梁关键技术 梁端转角与结构刚度控制方案研究梁端转角与结构刚度控制方案研究 拟考虑通过提高结构刚度来满足设计要求，主要措施又有以下两 种： （1）适当减小主通航孔桥的边跨跨径 各种跨径的梁端转角（单位：千分之一） 3.904.465.72梁端转角 边跨84.5m边跨92m边跨107m 拟考虑通过提高结构刚度来满足设计要求，主要措施又有以下两 种： （1）适当减小主通航孔桥的边跨跨径 各种跨径的梁端转角（单位：千分之一） 3.904.465.72梁端转角 边跨84.5m边跨92m边跨107m 由于与主航道桥相接的连续组合结构跨径为90m，为了结构总体 布置上的协调，边跨跨径决定采用92m。斜拉桥跨径组合为92258 73025892m。 由于与主航道桥相接的连续组合结构跨径为90m，为了结构总体 布置上的协调，边跨跨径决定采用92m。斜拉桥跨径组合为92258 73025892m。 （2）适当增加边跨主梁刚度（2）适当增加边跨主梁刚度 公轨合建桥梁关键技术公轨合建桥梁关键技术 扭曲（纵向3m梁段发生扭曲变形，轨距（1.435m ）范围轨面平整度）：3mm； 轨面水平：11mm； 轨面纵向高低（纵向3m）：11mm。 扭曲（纵向3m梁段发生扭曲变形，轨距（1.435m ）范围轨面平整度）：3mm； 轨面水平：11mm； 轨面纵向高低（纵向3m）：11mm。 轨道不平顺控制标准 公轨合建桥梁关键技术 轨道不平顺控制标准 公轨合建桥梁关键技术 近期在箱梁上设置预埋件，斜 撑在轨道交通实施时安装 近期在箱梁上设置预埋件，斜 撑在轨道交通实施时安装 提高混凝土箱梁挑臂刚度的措施 公轨合建桥梁关键技术 提高混凝土箱梁挑臂刚度的措施 公轨合建桥梁关键技术 x y z 防撞护栏加劲措施防撞护栏加劲措施 x y z 加劲撑措施加劲撑措施 局部振动对列车走行性的影响 列车走行性研究 公轨合建桥梁关键技术 局部振动对列车走行性的影响 列车走行性研究 公轨合建桥梁关键技术 强风作用下车桥耦合振动列车走行性分析结果是，大桥在 允许行车风速25m/s以下，sperling指标小于2.5，行车舒 适度优秀；车辆过桥最大轮重减载率小于0.65限值、最大 脱轨系数小于1.0限值，倾覆系数小于0.8，满足行车安全 性要求。 强风作用下车桥耦合振动列车走行性分析结果是，大桥在 允许行车风速25m/s以下，sperling指标小于2.5，行车舒 适度优秀；车辆过桥最大轮重减载率小于0.65限值、最大 脱轨系数小于1.0限值，倾覆系数小于0.8，满足行车安全 性要求。 列车走行性研究 公轨合建桥梁关键技术 列车走行性研究 公轨合建桥梁关键技术 车辆运行安全主要受风速影响，正常荷载车辆安全运行 临界风速为30m/s左右，对于完全空载的车辆，设计车 速情况下，临界风速为20m/s左右，慢速通行时，可提 高至25m/s。 车辆运行安全主要受风速影响，正常荷载车辆安全运行 临界风速为30m/s左右，对于完全空载的车辆，设计车 速情况下，临界风速为20m/s左右，慢速通行时，可提 高至25m/s。 列车走行性研究 公轨合建桥梁关键技术 列车走行性研究 公轨合建桥梁关键技术 轨道方案设计推荐铺设超长无缝线路，好处是不但减少列 车动力作用，改善桥梁运营条件，也将大大减少轨道维修 量。推荐采用“2+2”组调节器，预制板式轨道。提出了 无缝线路轨桥共同作用的纵向力，为结构设计提供了依 据。 轨道方案设计推荐铺设超长无缝线路，好处是不但减少列 车动力作用，改善桥梁运营条件，也将大大减少轨道维修 量。推荐采用“2+2”组调节器，预制板式轨道。提出了 无缝线路轨桥共同作用的纵向力，为结构设计提供了依 据。 轨道交通无缝线路设计研究 公轨合建桥梁关键技术 轨道交通无缝线路设计研究 公轨合建桥梁关键技术 轨道交通无缝线路设计研究 在不改变引桥桥跨布置和联长，但在联长超过250m的连续 梁需采用双固定墩，以提高联长内桥墩的线刚度。提出了 无缝线路轨桥共同作用的纵向力，为结构设计提供了依 据。 轨道交通无缝线路设计研究 在不改变引桥桥跨布置和联长，但在联长超过250m的连续 梁需采用双固定墩，以提高联长内桥墩的线刚度。提出了 无缝线路轨桥共同作用的纵向力，为结构设计提供了依 据。 钢 轨 固 定 墩 梁 体 0.0 1.0