南充市下中坝嘉陵江大桥主桥设计简介

公路 交通技术 2 0 1 0年 1 0月 第 5 期T e c h n o l o g y o f H i g h w a y a n d T r a n s p o r t O c t 2 0 1 0 N o 5 南充市下中坝嘉陵江大桥主桥设计简介 易 辉 李 军 苏剑南 招商局重庆交通科研设计 院有限公司 重庆4 0 0 0 6 7 摘要 南充市下中坝嘉陵江大桥为2 1 6 0 i n下承式钢管混凝土系杆拱桥 介绍该大桥总体设计 各部分的构造 及施X 方案 为 同类桥 梁设计提供参考 关键词 钢管混凝土 系杆拱 桥 梁设计 文章编号 1 0 0 9 6 4 7 7 2 0 1 0 0 5 0 0 4 2 0 4 中图分类号 U4 4 2 5 文献标识码 B I n t r o d u c t i o n o f De s i g n f o r Ho s t Br i d g e o f Xi a z h o n g b a J ia l i n g Ri v e r Br i d g e in Na n c h o n g Cit y YI Hu i L I J u n S U J i a n n a n 1 工 程概况 南充市下中坝嘉陵江大桥为 2 X 1 6 0 m下承式 钢管混凝土刚架系杆拱桥 图 1 是南充市城区的 第 4座跨江大桥 也是南充境内嘉陵江上第 1 座双 向 6车道桥梁 该大桥建成后 能有效缓解 目前城 市交通拥堵压力 缩短顺庆 高坪 嘉陵之间的距 离 推进市辖 3区城市建设 和经济社会联动发展 对于带动下中坝片区整体开发 扩大城 区规模 提 升城市形象都将起到十分重要的作用 图 l 南充市下中坝嘉陵江大桥 主桥效果 图 2 主要技术标准 设计荷载 公路 一I 级 人群荷载 3 5 k P a 行车道数 双向 6车道 设计车速 4 0 k r r g h 桥面横坡 2 O 设计洪水频率 1 3 0 0 航道等级及通航标准 内河 I V级航道 最高通航水位 2 7 0 2 5 m 历史最高洪水位 2 7 5 1 7 13 1 收稿 日期 2 0 1 0 04 3 0 作者简介 易 辉 1 9 7 9 一 男 湖北省嘉鱼县人 硕士 程师 地震烈度 地震基本烈度小于 6 3 设计关键点 南充市下 中坝嘉陵江大桥是连接顺庆区和嘉陵 区的市政桥梁 是城市的标志性建筑和重要景点 景观要求较高 设计中对桥梁整体造型 局部构造 以及结构涂装等均进行了细致考虑 该桥设计关键点为 1 跨越嘉 陵江汛期的水 下基础设计与施工 2 不中断通航条件下的主桥 上部结构 吊装设计与施工 3 拱脚钢混结合部设 计 4 钢管拱拱肋设计 拱 内混凝土配合 比及施 工方案设计 5 钢结构防腐蚀涂装体系选择 4 主桥总体布置 南充市下 中坝嘉陵江大桥主桥起止桩号 K 0 3 1 0 K 0 6 3 0 综合考虑通航 施工可行性 和桥 梁美观要求 主桥采用 2 1 6 0 n l 下承式钢管混凝 土系杆拱桥 总体布置立面见图 2 主桥桥面宽 3 1 5 m 具体布置为 0 2 5 m 护 栏 2 5 m 人行道 1 7 5 m 吊杆保护区 0 2 5 m 路缘带 3 3 5 m 行车道 1 0 m 中间带 3 3 5 IT I 行车道 0 2 5 m 路缘带 1 7 5 m 吊杆 保护区 2 5 m 人行道 0 2 5 m 护栏 3 1 5 1 1 1 主桥断面布置见图 3 5 关键 结构 5 1 主拱 2 0 1 0年 第 5期 易 辉 等 南充市下 中坝嘉陵江大桥主桥设计简介 4 3 高程 ram 1 60 0 0 1 6 0 0 0 7 8 0 o 1 3 6 O 0 1 2 f 0 I 1 2 0 0 l 7 8 1 0 l 3 6 0 0 塑 雪 蕈 孽 毋 塾 壁 曜 陵 塑 藿 莹 g 酲 陵 陵 起 点 桩 号 l l k m l 阮 4 一 剖 面 年 月 l l l l 制面 1 I l 6 5 n 面 6 l 剖 要 e 6 2 5 c zi i s 1 一 一 一 J r l 2 J 口 H 1 Ill 霜 248F5 50 2 2 3 2 8 2 斟 一 n i 1 9 27 二 1 一 P 5 墩 单位 m 罔2 主桥总体布置 单 位 c m 图 3主桥断面布置 下中坝嘉陵江大桥主拱为横哑铃式平行拱 拱 轴线为悬链线 拱轴系数 矢跨 比 1 5 拱肋采用 下承式双肋 悬链线无 铰拱 拱肋截面全宽 2 0 m 高 3 6 m 每片拱肋 由4根 7 5 0 mm 1 6 m m 的钢 管组成 内灌 C 6 0微膨胀混凝土作为弦杆 上 弦 或下弦横向 2 根钢管之间用钢板作为平联 上 下 弦杆之间腹杆为 3 2 5 mm x 1 6 m lT l 的钢管 2拱肋中心距为 2 5 8 m 在拱顶设置 1 组一字 型横撑 两边对称设置 2 组 K 型横撑 每道横 撑均为钢管桁架 由上下弦 3 2 5 m m 1 2 m m及 腹杆 1 8 0 h i m x 8 m m组成 5 2 拱脚 为减小混凝土拱座 的截面尺寸 拱肋在拱脚处 通过钢锚箱与拱座混凝土连接 造型美观 安全可 靠 拱脚锚固构造见图 4 5 3下部结构 主墩设置 2个分离式钢筋混凝 土墩身 考虑桥 墩美观 墩身横 桥 向向内倾 斜 倾斜 角度 9 单位 m n 图 4 拱脚锚 固构造 1 2 墩身 帽梁处横桥 向宽度 6 i n 至承台处变化 为 8 m 承台设置为整体式承台 2墩身与 帽梁固 结形成一门式刚架结构 以增强主墩整体刚度 6 结构计算分析 目前国内公路桥梁行业还没有正式的钢管混凝 表 1 拱肋计算 表 2 系杆计算 公路交通技术 2 0 1 0益 表 3 吊杆计算 编号 最大拉力 k N 破断力 k N 安全系数 编号 最大拉力 k N 破断力 k N 安全系数 S1 2 1 6 2 7 7 7 7 3 6 Ml l 95 2 7 77 7 4 0 S 2 1 8 6 8 7 05 5 3 8 M2 1 8 63 7 05 5 3 8 S 3 1 77 3 7 05 5 4 0 M3 1 7 92 7 05 5 3 9 S 4 1 72 7 7 05 5 4 1 M4 1 7 42 7 0 55 4 0 S 5 1 7l 1 7 05 5 4 1 M5 1 7 23 7 0 55 4 1 S 6 1 7 03 7 05 5 4 1 M6 1 7l O 7 0 5 5 4 1 S 7 l 7 0 2 7 0 5 5 4 1 M7 l 7 0 3 7 0 5 5 4 1 S 8 1 7 0 0 7 0 5 5 4 2 M8 l 6 9 9 7 0 5 5 4 2 S 9 1 6 6 0 7 0 5 5 4 3 M9 1 6 6 0 7 0 5 5 4 3 注 编号从主墩往跨中依次增加 S表示岸侧 M表示中墩侧 土规范 根据 以往类似工程项 目经验和已有行业研 究成果 本桥采用以概率理论为基础的极限状态设 计方法来设计 为了保证计算结果的可靠性和施工 控制的准确性 设计中引进专 门的结构分析软件 美国 B e n t l e y 公 司的桥梁专业设计 软件 R M V8 i 韩国的结构分析软件 MI D A S c i v i l 进行计算 采用 不同程序进行校核 计算过程中考虑拉索非线性和 p d e l t a 效应 6 1 主要构件静力计算 主桥整体静力分析主要构件计算结果见表 1 3 6 2 主桥稳定计算 计算考虑如下 2种工况下 的拱肋面外弹性稳 定 1 将恒载作 为参考荷载 2 将横向风荷载 作为可变荷载 分别计算 2种工况下的拱肋稳定 性 结构稳定计算的初始 刚度均基于主桥成桥 刚 度 恒载 风荷载作用下 1阶失稳模态如图 5 图 6所示 7 施工关键技术 图 5 恒载作用下的 1阶失稳模态 A 8 面外失稳 图 6 风荷载作用下的 l 阶失稳模态 A 1 4 面外失稳 图 7 缆索吊装施工方案 下中坝嘉陵江大桥主拱肋采用缆索吊装 节段 扣挂法施工 图 7 吊装主塔架和扣架使用同塔架 两岸各设主 扣索后锚及横向八字缆风索锚 单跨 主拱肋分成 1 0段 吊装 最大吊重约 3 6 t 为便于 调整拱圈线型 吊装阶段拱脚按铰结处理 各段拱 肋接头采用拼接板临时定位连接 然后及时对焊 为保证拱肋吊装过程 中的稳定性 采用双肋合龙法 施工 对应于上 下游 2 条拱肋各设 1 组缆索天线 系统 双肋节段同时或先后起吊并及时安设横撑及 缆风索 齐头并进向跨 中合龙栓接成拱 8 结语 本桥在综合考虑了周边环境 使用功能 经济 技术及社会效益等多方面因素后确定采用下承式钢 管混凝土刚架系杆拱连拱形式 桥梁结构和景观设 计力求体现出现代桥梁美学的设计理念 该桥的建 成必将成为南充市的标志性建筑 参考文献 1 陈宝 春 钢 管混凝土拱桥设计与施工 M 北京 人民交 通出版社 1 9 9 9 2 F r i t z L e o n h a r c h 桥梁建 筑艺术 与造型 M 徐兴 玉 译 北京 人民交通出版社 1 9 8 8 下转 第 5 5页 2 0 1 0年 第 5期 郑万山 等 大跨度斜拉桥拉索疲劳参数分析中移动荷载的选定 5 5 果见表 4 则由于移动荷载造成的 J 3 2斜拉索轴 向 疲劳应力幅值 为 A 1 0 5 6 9 6 3 4 8 MPa 斜拉索 5 0年疲劳寿命 内 车道荷载的次数可 保守地按照如下方式估计 1 车道疲劳荷载 由平均时速 x k m的车队产 生 2 车队以 Y m影响线长度为间隔 5 0年间不 问断地通过 3 车队产生的车道荷载呈正态分布 根据 以上假 设 取 x 8 0 k m h 影 响 线 长 Y 5 0 0 n l 则车队通过影响线 的时间为 0 5 8 0 3 6 0 0 2 2 5 S 则 5 0年 间 可能产 生的疲 劳荷载 次数为 5 0 3 6 5 X 2 4 3 6 0 0 2 2 5 7 0 0 8 0 0 0 0次 0 7 0 0 8亿次 7 0 O 8百万次 假设这 0 7亿次的疲劳荷载均达到设计的车道 荷载值 则由线性疲劳损伤累计原理 推算 2 0 0万 次试验作用循环对应的等效疲劳应力幅值 1 3 4 8 7 0 0 8 0 0 0 0 2 0 0 0 o o o 6 2 9 5 MP a 实际上 上 述计算对疲劳次数 的估计偏 于保 守 而且认为对应疲劳次数的疲劳荷载均达到了设 计车道荷载 这显然过于保守 假设车队产生的车 道荷 载呈正态分布 其统计参数 为 3 4 8 MP a的 超越 概率 0 1 3 疲 劳次 数为 0 7亿次 以 1 1 6 MP a为 区间 这 3 4 8 MP a可划 分为 3 0个统计 区 间 根据统计参数 可确定这 3 0个应力幅区间内 的疲劳次数 如表 5所示 由线性疲劳损伤累计原理 按移动荷载对应 的 拉索轴向应力谱表 5 推算 2 0 0万次试验作用循环 对应的等效疲劳应力 幅值 En f X 2 0 0 0 O 0 O l 3 1 2 4 MP a 上接 第 4 4页 3 四川省交通厅公路规划勘察设计 研究 院 公路钢管混凝 土桥梁设计与施 丁指南 R 北京 人民交通出版社 2 0 0 8 4 J 钟 善桐 钢管混凝 土结构 M 北京 清华 大学 出版社 1 99 4 5 陈宝春 钢管 混凝土拱桥综 述 f J 1 桥 梁建设 1 9 9 7 2 8 1 3 1 6 赵林 强 许荣 华 郑宪政 杭州 市钱塘 江 四桥 总体设 计 f J 1 桥梁建设 2 0 0 4 1 2 7 3 0 5 结 论 由以上分析可以得 出以下结论 1 采用单一标准疲劳车和车道折减荷载得到 的斜拉索疲劳荷载结果相差很大 如果按照国外规 范采用单一标准疲劳车加载方法计算斜拉索的疲劳 应力 则其疲劳应力幅非常小 汽车荷载作用下斜 拉索 的疲劳不存在问题 2 采用车道折减荷载计算斜拉索疲劳荷载是比 较合理的 由于大跨径桥梁索力影响线较长 在进 行斜拉索的极限承载能力设计时 斜拉索承受的车 辆荷载较多 斜拉索 的取用规格较大 而标准疲劳 车产生的疲劳应力幅就较小 斜拉桥跨径越大 此 项效果越明显 所以 用单一的标准疲劳车进行斜 拉索的疲劳荷载参数研究不符合实际情况 也不科 学 而采用折减后 的车道荷载比较切合实际情况 参 考 文 献 1 NC HRP I n s p e c t i o n a n d Ma i n t e n a n c e o f B r i d g e S t a y C a b l e S y s t e m S WA S H I N G T O N D C F H WA 2 0 0 5 2 S E T RA Ca b l e S t a y s Re c o mme n d a t i o n s o f F r e n c h I n t e r m i n i s t e r i a l C o mm i s s i o n o n P r e s t r e s s i n g S P a r i s S E T R A 2 0 02 3 重庆交通科研设计 院 苏通 大桥斜拉索拉弯疲劳试验荷 载参数研究 R J 重庆 重庆交通科研设计院 2 0 0 7 1 4 B S I E u r o c o d e 3 D e s i g n o f s t r u c t u r e s w i t h t e n s i o n