主桥设计说明

说 明3一、 设计依据1、 交通部交公路发1999170号关于湖北鄂黄长江公路大桥初步设计的批复2、 湖北省鄂黄长江公路大桥施工图勘察设计合同3、 鄂黄长江公路大桥主桥抗风性能试验研究节段模型风洞试验研究二、 设计规范1、 公路桥涵设计通用规范（JTJ02189）2、 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ02385）3、 公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ02586）4、 公路斜拉桥设计规范（试行）（JTJ02796）5、 公路工程抗震设计规范（JTJ00489）6、 公路桥涵施工技术规范（JTJ04189）7、 斜拉桥热挤聚乙烯拉索技术条件JT/T694三、 技术标准1、 设计荷载：汽车超20级，挂车120，人群荷载3.5KN/m2。2、 桥面宽度：24.5m（不包括斜拉索布置宽度21.6m），双向四车道，两侧设人行道。3、 桥面横坡：双向2%。4、 地震烈度：基本烈度6度，按7度采取设防措施。5、 通航水位：设计最高通航水位25.58 m（20年一遇）。6、 通航净空：主跨480m为单孔双线通航孔，通航净宽433m，通航净高24m。黄冈侧边跨200m，通航净宽125m，通航净高18m7、 船舶撞击力：主塔墩顺水流方向27000KN，横水流方向13500KN。主4号墩顺水流方向900KN，横水流方向700KN。8、 风荷载：基本风速取24m/s（距地面10m高）。四、 主要材料1、 混凝土主梁采用55号混凝土。2、 斜拉索斜拉索采用7低松弛高强平行镀锌钢丝，钢丝标准强度1670Mpa，弹性模量不小于1.95105Mpa；护套采用高密度聚乙烯；锚具采用与斜拉索型号相匹配的冷铸镦头锚。斜拉索中所有技术标准必须符合斜拉桥热挤聚乙烯拉索技术条件JT/T694中的要求。3、 预应力体系钢绞线技术标准应符合ASTM A41687a 270级，低松弛型，公称直径15.24mm，标准强度Rby=1860Mpa，弹性模量Ey=1.95105Mpa，张拉控制应力为0.75Rby=1395Mpa。主梁纵向预应力采用j15.2419钢绞线束，YM锚固体系；桥面板采用直径32精轧螺纹钢筋，标准强度Rby=750Mpa，弹性模量Ey=2.0105Mpa，张拉控制应力为0.9Rby=675Mpa，YGM锚固体系。横梁预应力采用j15.2419、j15.2412、j15.249钢绞线束，YM锚固体系。4、 钢材普通钢筋应符合GB149991和GB1301391的规定，钢板和型钢采用A3钢，标准应符合GB70088、Q235的规定，焊接材料应与被焊接钢材材质和强度相适应。五、 设计要点1、 总体布置主桥采用55+200+480+200+55m五跨连续双塔双索面预应力混凝土斜拉桥。2、 主梁主梁采用预应力混凝土双肋板式截面，标准梁段梁高度2.4m（对应横向宽度24.5m的位置，下同），在主4、主7号墩两侧一定范围内采用变高度的双肋板式截面，55m跨主梁高度由2.6 m变化到4.9m，200m跨靠近主4、主7号墩一侧一定范围内主梁高度由2.4m变化到4.9m，在变高度梁范围内，主梁梁底设置了开口底板。主梁梁顶宽27.7m，桥面板厚32cm。横梁标准间距8m，与斜拉索索距相对应，横梁均为预应力混凝土横梁。3、 斜拉索斜拉索采用PES7热挤聚乙烯平行钢丝拉索，PESM7冷铸镦头锚锚固体系，塔端为张拉端，梁端为固定端，除桥塔处直索（0号索）与第一对斜索（1号索）间距为14m外，其余斜拉索间距均为8m。斜拉索采用PES7283、PES7241、PES7199、PES7163、PES7139、PES7109等六种规格。斜拉索两端锚具均采用张拉端锚具。4、 伸缩缝主桥与副主桥相接处设960mm伸缩缝。5、 支座本桥根据各墩在运营阶段的受力情况，在主3、主4、主7、主8号墩顶设有盆式橡胶支座。由于施工中体系转换的需要，本设计在主4、主5、主6、主7号墩顶设置了不同的临时固结装置，根据不同的体系转换状态，分阶段拆除临时固结装置。6、 施工挂篮本设计采用两种施工挂篮：前支点挂篮用于主塔两侧标准梁段主梁的悬臂浇筑，空挂篮控制重量为200t；后支点挂篮用于主4、主7号墩两侧变高度梁段主梁的悬臂浇筑，空挂篮控制重量为150t。7、 合拢段及合拢顺序本桥在55m、200m、480m跨径设有5个合拢段，合拢段长度均为3m。根据结构受力特点，本桥设计的合拢顺序为：先合拢55m跨，其次合拢200m跨，最后合拢480m跨。六、 结构分析1、 顺桥向整体静力计算按平面杆系有限元原理，分别采用同济大学编桥梁结构线性、非线性设计分析综合程序和我院编斜拉桥正装与倒拆计算程序进行计算，按施工工序分析了施工各阶段及运营阶段的应力和变形情况，计算中计入了恒载、活载、混凝土收缩徐变、预应力、温度变化、风载、汽车制动力、支座沉降、船撞力、施工荷载等荷载，同时考虑了斜拉索的非线性以及梁塔中轴力对变形的二次力效应。其中温度变化包括体系升温200C，体系降温200C，上下缘温差50C，塔两侧温差50C，索梁温差100C。支座不均匀沉降主塔墩按2cm、主4（主7）号墩按1cm考虑。2、 横梁计算采用SUPER SAP93空间分析程序中的三维八节点实体单元，全桥共选取四个区段（主跨跨中、主跨1/4跨径处、塔根部、变高度梁段）进行应力分析，分析中考虑了预应力效应、斜拉索的弹性支撑作用，活载考虑了多列车的折减系数。施工阶段按施工工序进行了空间分析，确定了横梁预应力束的张拉顺序为浇筑本节段时先张拉中间2束（N1、N3号钢束），另1束（N2号钢束）滞后一节段张拉。3、 局部应力分析对主梁斜拉索锚固区、桥面板、纵向预应力钢束齿板等部位采用SUPER SAP93空间分析程序中的三维八节点实体单元，进行了局部应力分析。4、 动力分析采用“三梁式”模型，用SUPER SAP93空间分析程序对施工阶段最大双悬臂状态、最大单悬臂状态以及成桥阶段分别进行了动力特性、空气动力稳定性、限幅震动振幅等方面的计算。桥址处地震烈度为6度，本桥按7度对成桥阶段用反应谱理论计算了地震产生的结构内力，计算表明，地震荷载不控制设计。七、 施工要点1、本桥有关施工工艺及质量检验，除本设计图中有要求的外，其余均应按公路桥涵施工技术规范（JTJ04189）及公路工程质量检验评定标准（JTJ07198）的有关规定执行，并从严控制。2、主梁采用55号混凝土，其水泥、骨料和砂及其它成分均应尽可能同一厂家、同一品牌或同一料场，以求质量均衡、稳定、外观色调一致。各施工缝（包括封锚处）应认真凿毛、整修、清洗，混凝土应震捣密实，外观平整、颜色一致。封锚区必要时采用补偿混凝土。3、混凝土必须达到80%设计强度后才能施加预应力，混凝土的取样及养生条件应和现场浇筑的混凝土相符，所有预应力钢束严格按设计图中所规定的张拉顺序、对称张拉的原则进行张拉。预应力钢束张拉均要求张拉吨位与引伸量双控制，以张拉吨位为主，以引伸量校核为辅。同一张拉截面中钢束的断丝率不得大于1%。4、主梁13号梁段、1316号梁段、4447号梁段采用墩旁托架现浇，在托架安装完毕后应按设计荷载进行预压，在主梁13号梁段施工和55m跨合拢段施工时，托架的另一侧要及时施加和相应调整平衡重，以保证主3、主8号墩的安全。5、主梁512号梁段、1724号梁段采用后支点挂篮悬浇，挂篮承载力350t，后支点空挂篮控制重量150t（包括模板和其它施工荷载），其中前支点距已浇梁段前沿0.5m，作用220t垂直向下的力，后锚点距前支点的距离为4.7m，作用70t垂直向上的力。施工采用的后支点挂篮应尽量满足上述要求。6、主梁2643号梁段、4875号梁段采用前支点挂篮悬浇，挂篮承载力400t，前支点空挂篮控制重量200t（包括模板和其它施工荷载），其中中支点距已浇梁段前沿0.5m，作用280t垂直向下的力，后锚点距中支点的距离为8m，作用80t垂直向上的力。施工采用的前支点挂篮应尽量满足上述要求。7、在主梁双悬臂浇筑施工中，梁段混凝土的浇注、钢束的张拉、挂篮和机具的移动等，均应遵循对称、均衡、同步进行的原则，平常梁面上应尽量少堆放材料和施工机具，并注意悬臂两端对称堆放。每个梁段各个工序应有监控、监测，确保施工质量和安全。在特殊情况下两侧不平衡重只允许偏差10t（节段自身不平衡重除外）。8、根据鄂黄长江公路大桥主桥抗风性能试验研究节段模型风洞试验研究报告，本桥施工阶段最大双悬臂状态为最不利施工状态，竖向弯曲抖振响应和风载内力都比较大。因此，施工时必须给予足够的重视，必要时采取减振措施，以确保施工期间的抗风安全。9、主梁4号梁段、25号梁段、76号梁段为合拢段，均采用吊架（可用挂篮改装）施工，吊架重按150t考虑。先合拢55m跨（4号梁段），其次合拢200m跨（25号梁段），最后合拢480m跨（76号梁段）。合拢段混凝土浇注采用预压重法，即预先在合拢段两端加水箱按合拢段混凝土重量注水压重，待浇注混凝土时边浇边放水。合拢段刚性连接待压重水灌完后再施焊。在25号梁段刚性连接焊完后，应立即解除主4、主7号墩顶临时固结中的精轧螺纹钢筋，在76号梁段刚性连接焊完后，应立即解除主5、主6号塔墩与主梁临时固结中的锚固钢筋。为尽量减少温度的影响（设计合拢温度为15200C），要求焊接合拢段刚性连接、解除临时固结中的精轧螺纹钢筋或锚固钢筋和浇注合拢段混凝土应尽量在设计合拢温度时进行，并尽快浇注合拢段混凝土。由于在混凝土浇注及养护过程中，合拢段刚性连接为承力构件，因此必须确保其稳定可靠及其与主梁两端预埋件的焊接质量。10、主梁施工时，该梁段内横梁应与主梁同时浇注，并严格控制断面尺寸。11、预应力管道在主4、主7号墩顶6m（墩中心线两侧各3m）范围内采用无缝钢管，其余采用金属波纹管。预应力管道应无破损，管道接口处及与喇叭管连接处应用胶带或冷缩塑料管密封，以防漏浆。预应力钢束未设备用管道，施工时应特别注意成孔质量。12、预应力钢束锚固齿板应与主梁同时浇筑，以保证齿板与主梁的良好结合。对齿板上的锚具，压浆后应浇筑混凝土封锚。13、桥塔顺桥向及横桥向对