江肇西江特大桥设计特点和关键技术.ppt

江肇西江特大桥 设计特点和关键技术,广东省公路勘察规划设计院有限公司,一、工程概况 二、桥型构思 三、结构设计特点 四、关键技术研究 五、结束语,江肇西江大桥是江门至肇庆高速公路的一座特大桥梁，在沙浦镇和永安镇之间跨越西江水道。桥梁总长2692 m，其中主桥长886m，引桥长1806m。,一、工程概况,1、工程规模,2、自然地理概况,桥位处江面宽约800m，水深1.421.5m，设计流速4.2m/s，河床覆盖层厚度20m左右，基岩为灰岩和炭质灰岩。桥址区属亚热带季风气候，年平均气温21.823.2，多年平均降雨量1835mm，年平均相对湿度80.6左右，多年平均台风袭击约14次，设计基准风速31.3 m/s。,公路等级：双向六车道高速公路，两侧各设1.5m 宽人行道； 汽车荷载：公路 I 级； 计算行车速度：100km/h； 地震动峰值加速度：0.089g； 通航标准：双孔单向通航净宽180m，净高22m； 船舶撞击作用：船舶等级3000t海轮，横桥向撞击 作用标准值19600kN，纵桥向撞击 作用标准值9800kN；,一、工程概况,3、主要工程技术标准,江肇西江大桥受通航净空控制，主孔跨径不应小于210m；同时受江堤限制，主跨不应小于三孔，由此形成大跨、多孔、长联和宽幅的结构特点。在该工程条件下，连续刚构、矮塔斜拉桥和常规斜拉桥均是可行桥型方案。由上述方案深入比选后可知，大跨连续刚构因全寿命期内长期受力性能和经济性能相对较差，被首先排除；而对于多塔多跨结构体系，考虑到为保证常规多塔斜拉桥中塔变形和整体刚度，需采取特殊措施。综合比选后，主桥最终选择受力最佳、美观经济的矮塔斜拉桥 。,二、桥型构思,1、桥型构思和方案比选,二、桥型构思,2、主桥孔跨布置和效果图,（128m+3x210m+128m）四塔五跨刚构体系矮塔斜拉桥,三、结构设计特点,1、主梁设计要点（宽幅脊梁）,超宽幅：全截面宽38.3m 大挑臂：挑臂长8.15m 腹 板：边中采用差异设计 加劲肋：加强横向刚度，弱化 剪轴力滞,后浇带：弱化剪轴力滞，方便施工 小纵梁：增强偏载抗扭能力、兼为人 行道构造,小纵梁,后浇带,加劲肋,横隔板,三、结构设计特点,2、塔,主塔为砼结构，截面为八边形，顺桥向塔中刻深0.1m宽0.7m的景观饰条。塔高30.5m，截面尺寸纵桥向5m，横桥向宽2.5m。,三、结构设计特点,3、斜拉索,斜拉索采用环氧填充型钢绞线，涂层厚、无表面 针孔，耐久性更佳； 塔上锚固采用分丝管构造，索间距0.8m； 梁上锚固采用锚块构造，索间距4m； 采用单索面双排索，每塔共16对；,三、结构设计特点,4、主墩和基础,差异设计：外侧墩-双肢，内侧墩- 单肢；在体系与防撞间取得平衡。 防撞：横向1960t、纵向980t(3000t海轮)；墩桩自身承担船舶撞击荷载。 基础：纵向二排共12根D3.0群桩。,双肢,单肢,三、结构设计特点,5、引桥,引桥上部结构采用30m、35m先简支后结构连续预应力砼小箱梁，下部结构兼顾景观与防撞，采用与主桥下部相协调的大挑臂板式墩。,四、关键技术研究,1、总体布置参数,塔高、塔根和中跨无索区长度等总体布置参数显著影响结构整体受力性能，应对其敏感性进行系统分析，确定其合理取值范围，确保结构最优受力状态。,1）塔高分析,分别按四塔塔高同步变化和保持边塔不变、同步改变两个中塔高度进行分析相应塔跨比变化见下表。,四、关键技术研究,1）塔高分析,四塔塔高同步变化主梁应力,由主梁最大正应力的变化规律可知，当塔高与跨径之比H/L取值在0.130.14附近时，结构应力较小，受力较优，本桥据此拟定了塔高30.5，高跨比约1/7，体现了矮塔斜拉桥向高塔型发展趋势。,对称塔高同步变化主梁应力,四、关键技术研究,2）无索区长度分析,中跨无索区变化时主梁应力,由主梁最大正应力等关键效应的变化规律可知，当中跨无索区长度和主跨跨径之比Lz/L取值在0.090.12范围之内时，近塔无索区长度和主跨跨径之比Lt/L取值在0.150.17范围之内时，结构整体受力性能较为合理，据此拟定本桥无索区长度（0.15和0.1）。,近塔无索区变化时主梁应力,四、关键技术研究,2、拉索与预应力配置比例研究,将斜拉索和体内预应力配置比例定义为预应力配合比。系统研究最优配置，可避免根据工程经验确定导致的盲目性。,要使中跨跨中竖向位移产生相同变化，体内预应力配置数量的调整量应为体外预应力的20.8 倍。根据敏感度比值、斜拉索和钢绞线的造价差别，再综合考虑前述无索区范围分析，拟定本桥的预应力配合比。合理的配合比体现为高塔密索特征，提高斜拉索效率。,四、关键技术研究,3、宽幅脊梁矮塔斜拉桥剪力滞研究,38.3m超宽截面、8.15m超长翼板，剪力滞效应极为突出； 不同工况、不同截面剪力滞效应特点不同；典型结果如下：,无索悬臂施工无索区中间截面顶板剪力滞系数表现为正剪力滞效应,有索悬臂施工无索区中间截面顶板剪力滞系数，因悬臂工况下索力集中力作用，表现为负剪力滞效应,四、关键技术研究,3、宽幅脊梁矮塔斜拉桥剪力滞研究,成桥工况跨中截面顶板剪力滞系数，表现为正剪力滞效应,成桥工况跨中截面底板剪力滞系数，表现为正剪力滞效应,宽幅脊梁断面剪力滞效应显著，在不同施工阶段和不同断面其特征不同。综合而言，顶板剪力滞系数可按1.2控制；底板剪力滞系数可按1.1控制。,四、关键技术研究,4、斜拉索轴力滞后效应研究,轴力滞后现象明显存在，整体截面扩散角呈35度，闭口箱区 域约40度，后浇带滞后三个梁段可明显弱化轴力滞后效应。 设置后浇带同时可弱化弯矩剪力滞，使结构受力更加清晰， 承载以先浇主梁为主，滞后现浇带为辅。,四、关键技术研究,5、边中腹板不均匀性研究,对于单箱三室宽幅脊梁而言，全桥荷载均通过腹板传递到横隔板进而传递到下部结构，在弯矩和扭矩耦合作用下，腹板剪力流较为复杂，结构空间受力特征非常明显。由于腹板传递比例不明确，腹板之间受力不均势必存在，需对腹板受力不均性深入研究，据此拟定恰当的边、中腹板厚度。,四、关键技术研究,5、边中腹板不均匀性研究,恒载偏载效应由后续仿真分析获知，边中腹板剪应力之比1.131.31，积分后剪力之比为0.861.01，反向验证边中腹板剪力不均匀性。 弯扭耦合作用下，腹板之间受力不均匀系数为1.3，边、中腹板按65cm和50cm差异设计，构造较为精当。,平面计算活载偏载系数,四、关键技术研究,6、加劲肋桥面系受力机理研究,由长翼板和加劲肋共同组成的结构体系横向受力性能较为复杂，需深入研究，以精确指导横向配筋和配束。,小纵梁,后浇带,加劲肋,横隔板,四、关键技术研究,6、加劲肋桥面系受力机理研究,横桥向剪力滞系数,横桥向剪力滞系数为1.3左右。 翼板加劲能够承担大部分荷载，并对翼板提供支承，翼板类似于架设在“加劲墩”上的多点弹性支承结构，其横向受力性能得到极大改善。,四、关键技术研究,7、后浇加劲肋桥面系联合受力机理研究,设置后浇带虽可弱化剪轴力滞效应，明晰结构受力机理，但因两期砼存在收缩差异，易于在结合面附近产生收缩应力，诱生裂缝。联合受力机理的研究即寻找延迟浇筑时域和结构受力之间的均衡。,小纵梁,后浇带,加劲肋,横隔板,四、关键技术研究,7、后浇加劲肋桥面系联合受力机理研究,翼板延迟浇筑工况,在收缩单项作用下，横桥向效应较小，老混凝土对新混凝土的约束效应主要集中在纵桥向和竖桥向，而对新混凝土横桥向收缩几乎没有影响。 随着翼板两侧混凝土浇筑时间间隔的增加，结合面收缩应力有所增大，但增大幅度有限，翼板后浇带滞后三个梁段浇筑收缩应力满足规范要求。施工进场后由后浇改为后联，更为合理。,结合面收缩应力最大值,四、关键技术研究,8、仿真分析仿真分析模型,施工状态模拟,1/4全桥分析模型,施工阶段分析,后浇段模拟,四、关键技术研究,8、仿真分析仿真分析结果,由上面成桥后纵向应力云图：纵向应力正常，边墩与主梁结合处存在应力集中，配筋改善 。,四、关键技术研究,8、仿真分析仿真分析结果（有索区隔板）,模型,未设竖向预应力,设竖向预应力后,未设竖向预应力出现3.3MPa竖 向拉应力； 设竖向预应力后，拉应力明显 改善；,四、关键技术研究,8、仿真分析仿真分析结果（索鞍）,拉索部分水平力通过摩擦力与塔孔壁连接，孔口位置两者 的连接作用较为明显，有轻微的应力集中现象，适当加 强配筋完善。,四、关键技术研究,9、0块水化热温度场仿真分析,因为砼的水化热作用，将在0块内产生复杂的温度场和应力场。,温度随厚度变化，最高温度出现于距外界最大半径处； 根据温度场分析，明确相应防裂措施；,1天后温度场,10天后温度场,四、关键技术研究,10、关键施工工艺研究合龙工序及顶推措施,有以下两种合龙工序： A：边跨合龙，然后次中跨顶推合龙，最后正中跨顶推合龙； B：边跨合龙，然后正中跨顶推合龙；最后次中跨顶推合龙。,四、关键技术研究,10、关键施工工艺研究合龙工序及顶推措施,A流程相对安全； B流程也行得通，但是施工风险和难度进一步增加。,四、关键技术研究,11、斜拉桥合理换索工艺研究 斜拉索敏感度分析,斜拉索敏感度，即拉索索力发生单位变化，对结构力学性能的影响程度。由此研究换索可行性和换索顺序。,斜拉索对主梁竖向位移影响曲线,由图可知，跨中区域斜拉索对主梁竖向位移的敏感度要高于主塔附近斜拉索。 针对敏感拉索进行换索分析可知，在不中断交通情况下，每次只能更换一对斜拉索。,四、关键技术研究,12、抗风、抗震和稳定分析研究稳定,施工阶段弹性失稳模态为平面内失稳，安全系数15.1； 结构弹性失稳安全系数较高，非线性分析要求弱化；,矮塔斜拉桥因桥塔柔细、主梁壁薄，作为压弯构件，在悬臂施工和成桥运营阶段的稳定分析显得特别重要。,四、关键技术研究,12、抗风、抗震和稳定分析研究抗风和抗震,矮塔斜拉桥动力特性较接近于连续梁，振型主要由主梁刚度控制，主塔刚度只对主塔自身振动有影响。,model-1:竖弯,model-10:扭转