多多罗大桥简介.pdf

文章编号 1003 6512 1999 04 0008 06 日本多多罗大桥简介 金增洪 编译 中交公路规划设计院 北京市 100010 摘 要 文中就目前世界上最大跨径的斜拉桥 多多罗大桥的设计和施工中的概况 特点和创新技术作了详细介绍 同时把当今世界上两座跨径最大的斜拉桥 多多罗和诺曼底 大桥的主要技术特点作了比较 关键词 斜拉桥 长大跨径 锚碇 浮吊 1 概况 多多罗大桥位于日本本州 四国连络西 线 尾道今治线的中央部位 是连接生口 岛 广岛县 和大三岛 爱媛县 的重要工程 全桥长1 480 m 主跨径达890 m 比1995年 1月建成通车的法国诺曼底大桥 3 的主跨径 长34 m 日本人称这两座桥是姊妹桥 也是 当今世界上主跨径最大的两座斜拉桥 1993年原计划修建一座对称布置的三 跨两铰以桁架作为加劲梁的悬索桥 其跨径 为300 890 300 m 悬索桥锚碇基础巨大 的开挖量 破坏了生口岛国家公园的景观 同 时提出了要在活动地震带上和台风区建设一 座世界级斜拉桥是否可行 经技术可行性研 究论证 与悬索桥主跨径完全相同的斜拉桥 是完全可以实现的 不仅可以免除开挖锚碇 坑破坏生态之弊端 而且可以节省建设资金 和缩短工期 更有利的是斜拉桥的动力稳定 性比悬索桥的要好 刚度也较大 2 桥型总体设计 桥梁设计条件详见表1 多多罗大桥的形式是一座三跨连续复合 箱梁斜拉桥 跨径布置为270 890 320 m 两边跨布置因地形和施工条件的原因是不对 称的 其边 主跨径之比分别为0 3和0 34 比一般斜拉桥的边 主跨径比为0 4的要小 因此 在恒载作用下 边 主跨是不平衡的 边 跨必然要产生上拔力 所以在两边跨的端部 各布置了一段预应力混凝土加劲梁 简称PC 梁 在靠近生口岛 即 1A 侧PC梁长105 5 m 靠近大三岛 即 4P 侧PC梁长62 5 m 同 时两边跨还分别布置了三排和两排锚碇墩 柱 桥梁的其余部分都是钢箱梁 桥梁结构 布置详见图1 3 下部结构的设计与施工 两主塔基础的地质情况是这样的 靠生 口岛侧属广岛型粗粒花岗岩和古生代地层 上置岩屑堆积层 靠大三岛侧海底地盘属粗 粒花岗岩 石英斑岩 上部风化 冲积层厚为 1 5 m 内含孤石 主塔基础2P 3P直接支承在风化的花 岗岩石上 采用沉箱基础 2P基础水深33 m 3P基础水深较浅 仅13 m深 桥基附 近海潮流速最大为4海里 时 3P基础附近海 8 国 外 公 路 第19卷 第4期 1 9 9 9年8月 收稿日期 1999 02 18 3 诺曼底大桥简介见本刊1996年第1期 1995 2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co Ltd All rights reserved 表1 设计条件 项 目内 容 桥型三跨连续复合箱梁斜拉桥 跨径分布270 890 320 m 设计车速80 km h 车道数双向四车道 9 5 m 2 人行道 2 5 m 2 纵坡直线段0 65 抛物线段0 65 直线段0 65 横坡车道部分2 直线 人行道1 直线 通航净空NHHWL TP 2 2 26 m 正常高水位以上26 m 铺装厚度 车道部分 人行道 65 mm厚沥青混凝土 PC 梁部分为75 mm 30 mm厚沥青混凝土 PC 梁部分为30 mm 设 计 荷 载 恒载 主梁 钢梁部分 PC梁部分 185 220 kN m 801 1 132 kN m 斜拉索 0 5 1 2 kN m 活载 汽车 P1 P2 B活荷载 2 5 kN m2 2P 3P 行人及自行车P0 67 kN m2 2P 3P 风荷载 设计基准风速 主梁 塔 索 46 1 m s 54 4 m s 53 7 m s 风荷载 kN m2 主梁 塔 索 0 52 桥轴向 2 43 垂直桥轴向 0 48 桥轴向 3 52 垂直桥轴向 1 62 桥轴向 2 28 垂直桥轴向 地震的影响 按1977年的抗震设计标准 用加速度反应谱分析 多 多罗大桥设计也用反应谱 图1 多多罗大桥布置图 单位 m 底起伏 水流复杂不利于施工 塔基的施工内容 包括海底开挖和清除 底面及设置沉箱 在其周围抛石护根 从船 上将混凝土泵送 进行水下浇注 全桥下部结构设计及工程量详见表2 主塔基础置于下伏岩层上 基础的主要 材料 水下混凝土采用含85 的炉渣水泥 为超低发热水泥 水平面以上的混凝土采用 含有硅酸二钙和灰渣的低发热水泥 沉箱上 部模板表面用玻璃纤维加强的塑料包贴 以 防渗漏 边跨内的锚碇墩柱基础 除1A和P1采 用桩基外 其余均为扩大桩基 4 上部结构设计 4 1 桥塔 本桥初步设计的塔型为A形塔 经风洞 94期 日本多多罗大桥简介 1995 2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co Ltd All rights reserved 表2 下部结构设计概要 项 目 1AP1P22P3PP34P 基础 型式桩基础桩基础扩大基础扩大基础扩大基础扩大基础扩大基础 形状矩形矩形矩形矩形矩形矩形矩形 尺寸 m m 24 0 12 722 5 9 017 0 13 543 0 25 043 0 25 017 5 16 022 5 15 5 大小 TP 14 0 m 软岩 D H TP 10 5 m 软岩 D H TP 3 0 m 软岩 D H TP 33 m 软岩 D H TP 13 0 m 软岩 D H TP 5 7 m 软岩 D H TP 2 0 m 软岩 D H 基顶标高 TP 6 0 mTP 6 0 m 施工方法明挖明挖明挖沉箱沉箱钢管桩围堰钢管桩围堰 数量 混凝土 m3 水上 水下 4 300 100 2 700 11 460 29 500 11 460 8 430 4 400 3 600 钢材 t 钢筋 沉箱 100 60 340 820 2 770 810 900 480 510 试验 抗风性能差 且不美观 从而改为现在 的倒Y形塔 塔的结构外形及其断面尺寸 见图2 钢质单箱室塔 塔肢的断面型式为 矩形切去四个角隅 有利于抗风 断面尺寸 为 12 5 6 m 8 5 5 9 m 塔高220 m 上下分成23段 段与段之间用高强螺栓 接合 节段加工时钢板间为紧密接合 每节 段的长度误差在 1 mm以内 端面积的正 方度为1 180 板的平直度为w 300 w为 图2 主塔及其断面图 单位 m 加劲肋的间距 塔的垂直度达到1 10 000 斜拉索在塔上的锚固件构造详见图3 4 2 斜拉索 大桥的斜拉索按双索面扇形布置 塔柱 每一侧布置21根拉索 全桥共21 8 168 根 索由直径7 mm的镀锌半平行钢丝束组 成 外用高密度聚乙烯直接压制覆盖 在工厂 制造 随着索的长度加大 其固有自振频率 减小 本桥最长索的外径170 mm 7 379 根 长460 m 自振固有频率为0 255 Hz 通过风洞试验 在索表面的包裹层上进行离 散式的刻痕加工 可以提高索的抗风振和雨 振的性能 4 3 钢箱梁 根据风洞试验 选定带有风嘴的扁平三 室宽箱梁 梁高2 70 m 梁高与主跨径之比 为1 330 梁相对纤细 弯曲刚度相对较小 轴压力起控制作用 桥面板 下翼缘和腹板 形成闭合断面 腹板内部用水平肋加强 箱 梁的横断面图详见图4 在钢梁制作过程中 为了防止压屈 还特 别设计了补强承压钢板 桥面板和下翼缘的 材料 其初始缺陷应尽量消除 加工前材料要 严格矫正 梁的支承条件要实现在发生地震时 能 降低水平力并分散和控制梁的过大的水平位 移 所以梁与塔之间采用弹性固定 竖向支 座采用非衰减型的橡胶支座 01 国 外 公 路 19卷 1995 2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co Ltd All rights reserved 图3 索与塔 索与梁的锚固构造 图4 箱梁断面图 单位 m 4 4 预应力 PC 箱梁 预应力混凝土固有的特性是收缩 徐变 以及预应力钢筋的松弛等对内力的影响 在 设计分析阶段必须认真处理 上述因素还对 与之连接的钢梁应力产生影响 因而应从全 桥进行分析 这是连续复合箱梁的特点 预 应力箱梁断面构造详见图4 此外 钢梁与PC梁结合部位的构造详 见图5 这种构造与已建成的生口桥相似 结合部位应采用高流动性混凝土填实 以使 钢 混凝土连成一体 图5 箱梁结合部位构造图 单位 mm 114期 日本多多罗大桥简介 1995 2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co Ltd All rights reserved 表3 上部结构设计概要 项 目 内 容 梁 梁类别钢箱梁 PC箱梁 梁 高2 700 m 梁的总宽度30 600 m 一般部位板的厚度 纵向断面 材 质 10 22 mm U 320 240 8 SM490Y 混凝土主体 ck 40 0 MPa 钢 筋 主梁 桥面板 SD345 120 200 MPa SD345 120 140 MPa P C 钢 材 主方向纵向PC钢绞线12 15 2 横向 桥面板 横梁 PC钢绞线12 12 4 PC钢绞线37 15 2 垂直方向PC粗钢筋 32 斜拉索 索的根数 索的构成 索的外径 索的最大强度 索的最大张力 索的长度 索的重量 固有频率 168根 每段21根 7 mm镀锌钢丝 每根索从151根到379根 110 170 mm 断面面积58 1 145 9 cm2 534 626 MPa 333 903 kN 索 108 462 m 50 560 kN 490 1 218 kN m 0 26 1 05 Hz 成桥后第一振型 抗 风 稳 定 挠曲振动频率扭转振动频率振动频率比 振动 频率 对称第一振型 反对称第一振型 0 207 Hz 0 249 Hz 0 047 Hz 0 732 Hz 2 25 2 94 颤振核对风速约80 m s 塔 断面尺寸 塔底部 8 5 m LL 12 0 m TT 塔顶部 5 9 m 5 6 m 塔柱一般部位板厚 塔下部 34 mm SM490Y 转向部位 44 mm SM570Y 塔顶部 22 mm SS400 塔中心间距 顶部 底部 8 00 m 17 00 m 上部结构工程量 钢 37 300 t 其中 塔12 950 t 梁20 650 t 索3 700 t PC箱梁 混凝土7 000 m3 上部结构设计概要汇总在表3内 5 上部结构的架设 上部结构的架设工程分6步进行 详见 图6所示 塔体分割为23个节段 架设的 第一步是用600 t级和3 500 t级浮吊安装塔 的底板和2 5节段主梁以下部分的大块体 第二步用3 500 t级浮吊安装塔的下横梁 接 着安装与塔连接的长123 2 m 在2P塔上 和长163 2 m 在3P塔上 的钢箱梁及其临 时支架 第三步用攀附式3 500 t级浮吊安装 PC梁块体 以梁作为平台用爬升式的160 t 级塔吊安装塔柱 第四步分别用3 500 t级及 600 t级的浮吊安装靠生口岛侧和大三岛侧 边跨的钢梁 安装移动式悬臂吊机 第五步开 始用移动式悬臂吊机安装中央主跨钢梁 在 靠近三大岛侧用浮吊安装边跨钢梁 第六步 继续中央主跨安装直至合龙 1997年7月 台风到达桥位时 主梁的 最后节段尚未安装 这时桥梁处于最薄弱状 态 主梁从两主塔向中心位置各悬伸435 m 两台350 t的移动式吊机正处在悬臂端部 属临界状态 风洞试验时指出 在这种状态 21 国 外 公 路 19卷 1995 2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co Ltd All rights reserved 图6 上部结构架设次序图 下 台风作用将产生过大的位移 在这种情 况下 必须停止作业 将移动式吊机向后撤退 50 m 才能保证主梁的水平位移在可以接受 范围以内 7月25日台风到达桥位处 大桥 建设指挥当局指令最后一个节段的安装延期 一周 吊机移到安全位置 台风连续刮了两 天 大桥安然无恙 7月30日晴空万里 终于 将最后一个节段安装就位 整个大桥合龙 6 与诺曼底大桥的比较 多多罗大桥与诺曼底大桥的比较见表4 表4 多多罗大桥与诺曼底大桥的比较 项 别多多罗大桥诺曼底大桥 在世界同类桥梁中的排序第一第二 中央主跨径长 m890856 开通时间 年19991995 跨越河 海 域日本濑户内海法国赛纳河口 建设斜拉桥理由保护国家公园生态环境及经济地质条件 桥面梁结构情况扁平钢和PC复合箱梁扁平钢和PC复合箱梁 624 m钢梁 斜拉索 镀锌半平行钢丝索外包挤密 刻痕聚乙烯套 最长索460 m PW索股 PP套 用连接索防振 索的自振固有频率0 225 Hz调整到0 1 0 2 Hz 主梁与塔连接用弹性支座连接塔梁固结 塔基基础型式沉箱直接