兰州市雁盐黄河大桥主桥的一些设计特点.pdf

文章编号:1003 - 4722(2003)02 - 0041 - 03 兰州市雁盐黄河大桥主桥的一些设计特点 贾军政,王 明,马国刚,刘 涛 (兰州市城市建设设计院,甘肃 兰州730030) 摘 要:介绍了兰州市雁盐黄河大桥主桥三跨连续钢管混凝土刚架系杆拱桥设计中的一些特 点,对主桥基础、 桥墩、 拱肋、 吊杆、 系杆、 纵梁、 防腐等方面的技术措施进行了简要论述。 关键词:拱桥;系杆拱;钢管混凝土结构;桥梁设计 中图分类号: u448.225文献标识码: a design features of main spans of yanyan huanghe river bridge in lanzhou city j ia j un2zheng , wang ming , ma guo2gang , liu tao (urban construction design institute of lanzhou city , lanzhou 730030 , china) abstract : this paper elaborates the design features of the 32span continuous rigid2frame tied2arch main spans of concrete2filled steel tubes of yanyan huanghe river bridge in lanzhou city , and briefs the technical measures in aspect of foundations , piers , arch ribs , hangers , tie rods , stringers , and anti2corrosion of the main spans of the bridge as well. key words : arch bridge ; tied2arch; concrete2filled steel tube structure ; bridge design 收稿日期: 2002 - 10 - 25 作者简介:贾军政(1963 - ) ,男,高级工程师,1986年毕业于兰州铁道学院,工学学士。 1 前 言 兰州市雁盐黄河大桥是兰州市内跨越黄河的一 座城市桥梁,该桥西起兰州市盐场堡地区,东至雁滩 地区,全长791 m ,其中西引桥长50 m ,主桥长301 m ,东引桥长440 m。主桥结构为(85 + 127 + 85) m 下承式三跨连续钢管混凝土刚架系杆拱桥(见图 1) ,中孔矢高25.4 m ,边孔矢高17. 0 m ,矢跨比1/ 5 , 拱轴线为二次抛物线。桥面宽31.0 m ,双向4车道, 设计荷载汽-超20级,验算荷载挂- 120级,人群 荷载3.5 kn/ m2。东西引桥均为钢筋混凝土连续梁 桥。文中仅就主桥三跨连续钢管混凝土刚架系杆拱 桥在结构设计中的一些特点作一简要介绍。 2 基 础 根据地质勘探揭露,桥位处基岩埋深较深,以泥 质砂岩为主,碎屑结构,泥质或钙质胶结,粘性大,遇 图1 兰州市雁盐黄河大桥主桥桥跨布置 14兰州市雁盐黄河大桥主桥的一些设计特点 贾军政,王 明,马国刚,刘 涛 1995-2005 tsinghua tongfang optical disc co., ltd. all rights reserved. 水易软化。天然状态下的单轴极限抗压强度在2. 1 2.3 mpa之间,因此,桩基础是比较理想的基础形 式。本桥的桩基础直径为2.0 m ,桩长40 m ,按嵌岩 桩设计。兰州市属于8度地震区,抗震设防也是本 桥的重点,本桥桩基础对护筒作了特殊要求,护筒采 用壁厚14 mm的钢护筒,护筒的埋置深度按护筒底 伸入基岩不少于50 cm ,护筒长度在1012 m之间, 且护筒不得回收。钢护筒的套箍作用及其良好的延 性有效地提高了基桩的抗变形能力,对提高结构的 抗震性能有一定的作用。 3 桥 墩 桥墩采用钢筋混凝土双柱式桥墩,直径3. 5 m , 墩高1012 m。设计中要求桥墩的施工模板采用 壁厚20 mm的钢模板,钢模板不予回收,模板外表面 进行了防腐涂装,形成了一种钢管加劲的混凝土组 合结构。这种组合结构具有承载力高、 塑性和韧性 好、 节省材料、 施工周期短等特点,有效地提高了结 构的抗震性能。计算中未考虑钢模板的作用,作为 桥墩受力的安全贮备,但事实上钢筋混凝土桥墩的 抗压强度由于外部钢管环箍拉力的约束而得到提 高,桥墩的抗变形能力由于外部钢管良好的延性也 得到了很大的增强,相当于钢管混凝土柱。 4 拱 肋 4. 1 拱肋断面 本桥的拱肋断面采用哑铃形断面(见图2) ,中 孔拱肋截面高3 m ,上下弦管采用 1 20014的钢 管,缀板采用壁厚14 mm的钢板,缀板间距离60 cm , 边孔拱肋截面高2. 5 m ,上下弦管采用 1 00014 的钢管,缀板采用壁厚14 mm的钢板,间距为50 cm , 拱肋上下弦钢管内均填充c50微膨胀混凝土。以往 建成的桥梁中,哑铃形断面的缀板腹腔内都同样填 充了混凝土,但在向缀板腹腔内灌注混凝土的过程 中,缀板受混凝土压力的作用容易外鼓,所以需要拉 杆对拉或其他措施,这使得结构较为复杂,而且缀板 腹腔内混凝土受钢板横向套箍作用机理复杂,尚缺 乏研究,事实上设计计算中考虑到缀板腹腔内混凝 土处于中性轴附近,将其作用忽略,只计及自重。对 哑铃形截面缀板,腹腔内填充混凝土模型的试验表 明1,腹腔内不填充混凝土时,在同等荷载作用下拱 肋的位移与填充混凝土后的变形基本一致。所以, 本桥设计除拱脚段外缀板腹腔内不再填充混凝土, 而在拱肋每个吊杆穿过的位置设一竖向竖杆,再在 竖向竖杆间等间距布设2个径向竖杆,连接拱肋上 下弦杆,中孔拱肋竖向竖杆采用 80014钢管,径 向竖杆采用 57210钢管,边孔拱肋竖向竖杆采用 70014钢管,径向竖杆采用 47210钢管。径 向竖杆用于增大拱肋的刚度,防止钢缀板局部失稳, 并能有效地传递剪力。同时,由上下弦钢管、 竖管、 缀板形成的错落有致的拱肋断面,增加了桥梁的美 观。 图2 拱肋示意 4. 2 拱肋弦管内的加强构造 对哑铃形断面,上下弦杆的直径一般都比较大, 为防止拱肋在吊装和运输过程中变形,在弦杆钢管 内设置了加强构造,在以往建成的桥梁中大都采用 环形钢板进行加强。可在向弦杆钢管内泵送混凝土 时,环形钢板两侧往往容易形成混凝土不能到达的 死角,影响管内混凝土的密实度,要采取措施进行补 浆,这使得施工比较复杂。本桥设计管内采用 32 的 级钢筋进行加强,加强环筋沿管轴线间距1. 0 m ,在钢管内壁双面施焊,这样可以消除混凝土不能 到达的死角。 5 吊 杆 吊杆上端固定于拱背,下端固定于桥面系横梁, 当温度发生变化时,上端沿拱背发生曲线变位,下端 则发生水平变位,上下端产生错位,从而在上下两端 固定处因局部挠曲而产生附加应力。在跨中此附加 应力较小,越靠近拱脚方向吊杆上下端的错位越大, 附加应力也就越大2。而且靠近拱脚方向的短吊 杆,由于桥面变位较大,而吊杆长度较少,锚头也会 24桥梁建设 2003年第2期 1995-2005 tsinghua tongfang optical disc co., ltd. all rights reserved. 因吊杆倾斜发生较大转角,引起锚头使用寿命的降 低。因此,对靠近拱脚的短吊杆,必须进行特殊处 理,使其有较大的容许转角变位。本桥设计中,对于 每跨靠近拱脚方向的2根短吊杆,在其上锚头均设 置了允许锚头自由转动的弧形垫板,它可以消除附 加应力,同时保证锚头不因错位而受蹩。 6 系 杆 体外系杆是三跨连续系杆拱桥的重要受力构 件,是整座桥梁的生命线,直接影响桥梁的整体安 全。而且,作为体外索的系杆,存在着意外受损的可 能,因此,要考虑换索的可操作性。本桥设计中系杆 全部采用了可整体换索的系杆,这种系杆预埋管的 内径可以让锚筒通过,在换索时,锚板外预留长度的 钢绞线尾部用连接器接长后张拉释放预应力,整索 通过预埋管抽换。在构造上一般的作法是系杆穿过 拱肋锚固在帽梁上,这种作法施工较为复杂,且预留 孔削弱拱肋,为此本设计中将系杆绕过拱肋锚固在 帽梁上。 7 纵 梁 纵梁是桥面系构造的一部分,对于这种刚架系 杆拱桥,设计中对纵梁的作用考虑不尽相同,构造上 也存在着较大的差别。有的采用比较强大的钢筋混 凝土纵梁,如南海三山西大桥,它的纵梁参与了桥面 系的整体受力,使得桥面板的高度有所降低;而有的 未设纵梁,如福州解放大桥。兰州市雁盐黄河大桥 的设计中采用了空间钢管桁架纵梁(见图3) ,全桥 共设2道,纵梁高1.5 m ,宽0.8 m ,桁架上下弦管采 用 16010钢管,上下平联杆及腹杆采用 140 10钢管。1个吊装阶段内的所有杆件均采用直接电 焊连接,两端与横梁上预埋的钢板焊接。整个纵梁 的两端不与端横梁连接,在端横梁伸出的牛腿上设 置了伸缩装置及支座。这种加劲纵梁纵向的抗弯刚 度不大,计算中未考虑其参与桥面系的受力,只起到 加强桥面系整体性的作用。空间钢管桁架纵梁构造 轻巧美观,重量轻,施工安装方便,在节省材料、 缩短 工期、 降低造价方面具有一定的优越性。 8 防 腐 暴露在野外环境中的钢结构,其表面极易与周 围环境发生化学及电化学作用,当涂层性能较差时, 图3 纵梁构造及布置 便会破坏涂层使钢铁产生锈蚀。钢桥属于大型的永 久性建筑,服务年限长,维修困难,必须进行有效的 长效防腐,确保桥梁的使用寿命。兰州市属于污染 较为严重的城市,主要污染源是工业大气,它对金属 腐蚀最为突出。兰州市雁盐黄河大桥设计采用了电 弧喷铝长效防腐方案,其采用的主要材料及施工工 艺是:表面净化处理 喷砂除锈 (sa3 级)二次雾 化高速电弧喷铝 (180 m) 高压无气喷涂环氧云铁 封闭底漆1道 (30 m) 高压无气喷涂氯化橡胶封 闭面漆2道 (70 m) 。经有机封闭处理的电弧喷铝 复合涂层,其腐蚀速率比无封闭喷铝更低,封闭涂层 隔绝了外部腐蚀性介质侵蚀底材电弧喷铝涂层,并 能起到对腐蚀的抑制作用,延缓了电弧喷铝涂层的 电化腐蚀时间。同时,机械化的电弧喷涂技术,具有 工艺稳定,施工涂装质量均匀,喷涂效率高的特点, 可以满足钢结构大面积长效防腐的施工。 9 结 语 三跨连续下承式钢管混凝土刚架系杆拱桥在国 内建成的越来越多,反映出桥梁界同行对这种桥型 的认可,兰州市雁盐黄河大桥是目前跨径较大的,设 计中广泛参考了国内已建成同类桥梁的成功经验, 同时在一些细部构造上作了进一步的优化。但由于 目前国内尚无专门的钢管混凝土拱桥的设计与施工 规范,因此对钢管混凝土拱桥的施工线形控制、 长大 钢管顶升混凝土工艺、 钢管内混凝土的收缩徐变影 响、 吊杆