泰州长江大桥设计及创新.ppt

泰州长江大桥设计与创新，汉大章，江苏省交通规划设计院有限公司，1 .项目概况和技术标准，2 .主桥方案选择3 .三塔悬垂桥设计4 .重要技术问题和创新，报告内容，1 .项目概况和技术标准，泰州桥在江苏省长江中段，北为泰州市，南为镇江市和常州市，桥上游距润扬桥66km 泰州市，1 .项目概况和技术标准，泰州长江公路桥位于江苏省长江中段，位于江阴长江桥与润扬长江桥之间，北为泰州市，南为镇江市和常州市项目全长62.088km，包括主江桥和夹江桥及相应引桥布线工程。 项目总投资额为93.7亿元，项目总工期为5年半。 项目区域地形属于长江三角洲冲积平原区，地形平坦宽敞，过桥工程包括主江大桥工程和夹江大桥工程。 主江大桥的起点是北岸引导桥台和北岸布线工程的边界点，起点桩号是K12 795.000，终点是南岸引导桥台和南岸布线工程的边界点，终点桩号是K19 564.286，全长6769.286m。 夹江大桥起点为K22 597.75处，终点为K25 412.75，全长2815m，1 .项目概况和技术标准，道路等级：双向六车道高速公路设计车速： 100km/h桥梁结构设计标准期间： 100年车辆负荷等级：道路-级桥面间隔和标准横截面：桥梁标准宽度： 33m，间隔高度为5m， 1、项目概况和技术标准纵向坡度：3%横向坡度：2%抗震设计标准：抗风设计标准：运营阶段设计再现期： 100年施工阶段设计再现期： 1030年，根据具体情况设计洪水频率：主桥、引桥1/300渡江桥设计水位： (85个国家高程系统)，1 .项目概况和技术标准； 通航空间尺度： 760 220m，净高5024m， 1、项目概况和技术标准2 .主桥方案选择3 .三塔悬索桥设计4 .重要的技术问题和创新，桥位区大部分河床面海拔在-15-20m之间右侧，最深的河床海拔-3030m2.0m的海拔水面线宽约2100m左岸斜面平缓，一般1:3右岸边坡陡峭河床断面的一般情况，桥位区水中地形，桥位河床断面2 .主桥方案的选择，桥型方案的构想，2 .主桥方案的选择，桥型方案的比较，桥型方案的比较，桥桥桥位河床断面特性和桥位的自然环境条件相结合，最大限度地保障通航，保障长江深水岸线的利用，建设节约型工程为了世界第一次建设千米级三塔的主要是穿过悬索桥。 桥位下游长江北岸线利用，设计阶段基础资料，主题和科研成果报告一览表，1 .项目概况和技术标准2 .主桥案选择3 .三塔悬索桥设计4 .重要技术问题和革新，日本来岛桥，3 .三塔悬索桥设计，3.1多塔悬索桥国内外的设计和研究现状，3 .三塔悬索桥设计， 3.1多塔悬索桥国内外的设计和研究现状，以前，需要连续的大跨度配置时，通常将两三座悬索桥连接起来，位于法国中部的Chateauneuf桥于1840年建成，1937年重建，桥宽7m，跨度49.15 m3x 3、三塔悬索桥设计、3.1多塔悬索桥的国内外设计与研究现状，19世纪和20世纪上半叶，欧洲建立了多座小跨度多塔悬索桥，大部分采用塔顶竖向水平束来提高结构刚度。 莫桑比克的保存桥，1965年在莫桑比克建的保存桥2 (参见下图)是现在正式文献中看到的唯一的悬索桥，在莫桑比克独立前由宗主国葡萄牙设计和建设。 这座桥是五渡连续无加固斜索悬索桥，跨度为1103210m，全长870m，桥宽为10.6m，1961年7月完工的日本鸣门桥的两个主跨度为160m，全长441.4m，桥宽为7m，中塔为钢筋混凝土a形塔。3、三塔悬索桥设计，3.1多塔悬索桥国内外设计和研究现状，智利Chacao海峡悬索桥主跨度为1055m 1100m，采用钢加固梁，总宽度为23.3m，高度为3.5m，双向四车道主钢索间距为21.6m的中间塔采用a型中塔，以确保刚性这座桥由于资金筹措的原因，至今还没有实际开展。 智利朝阳海峡悬索桥的加固梁截面、3 .三塔悬索桥设计、3.1多塔悬索桥国内外设计和研究现状、青岛湾大桥工程主要提出了跨2x1200m的三塔悬索桥方案。 阳逻辑桥的初步设计主要提出了跨2x700m的三塔悬桥方案，中塔采用混凝土a型塔，3.3塔悬桥设计，3.1多塔悬桥国内外的设计和研究现状，桥跨配置为390 1080 1080 390m，三塔悬桥配置，3 .三塔悬桥设计，3.2结构方案设计，三三塔悬桥桥脚位，右岸坡陡，主塔离水边的距离稍大，避开主塔基础工程山的右岸坡陡，右塔不得移动到河里。 例如主跨度减少到2x1040m，南塔的控制点不动，所以北塔移动到河里80m，主跨度减少了3.7%，主塔的基础设置在-2.0m的浅滩上，施工非常不方便。 桥位海拔2.0m的水面线宽2100m，3.3塔悬垂桥设计，3.2结构方案设计，北锚碇位置选择，南锚碇位置选择，北锚前端距堤防最小水平距离134m，另一个方向175m。 考虑到构造对称性和景观需求，南岸边的跨度也为390m。 南锚碇尖端距堤顶水平距离大于北岸，193m，跨三塔悬索桥布置，3 .三塔悬索桥设计，3.2结构方案设计，跨桥结构合理的垂直刚性主索和鞍间抗滑安全中塔自身的强度和稳定安全尽量降低工程数，主要目标，中塔的刚性(结构支撑体系(支撑模式，中央按钮等)，重要，结构行为的特点3 .三塔悬索桥设计，3.2结构方案设计，三塔悬索桥结构比选，中塔支撑系统，其他，塔型边中塔台阶材料，结构比选，a型塔I型塔，混凝土钢和混凝土的混合，塔梁间纵、横、纵中按钮矢越比边塔主梁高度中塔基础锚定基础等，3 .三塔悬索桥设计桥纵向刚性适当的主索和鞍座间的抗打滑问题得到良好解决，保证了中塔稳定满足规范要求的中塔和中塔基础施工规模较小，根据一般原则，a型塔I型塔人字塔，中塔考虑塔型3 .三塔悬索桥设计、结论：与中塔推荐方案对应的方案为边塔推荐方案。 边塔方案比选，3 .三塔悬索桥设计，边塔刚性比较，边塔刚性几乎不影响主要构件的内力和变形。 3 .三塔悬索桥设计、中边塔高度比较、塔高比较的主要结果，3 .三塔悬索桥设计、中边塔高度比较、塔高比较的主要结果，塔高比较的结论在多方面进行了综合比较，考虑到景观因素，最终采用了中塔高度20m (第三方案)的主塔高度方案。 3 .三塔悬索桥的设计、支撑系统的比较，1、主梁和中塔的垂直连接垂直支撑台上0#绳索梁塔之间的垂直无约束结论：中塔没有垂直刚性约束，但设有垂直挡块的支撑方式。 上下游垂直限位器的联合作用，有助于在一定程度上限制主梁的扭转振动，减小风荷载引起的扭转振动的振幅。3、三塔悬索桥的设计、支撑系统的比较，2、主梁和中塔的纵向连接没有纵向约束的弹性索约束刚性块约束梁塔之间的纵向约束，显着提高了主索和中主鞍座之间的抗打滑安全系数，减小了加强梁的纵向弯曲，主塔受力大， 改善加强梁纵向可动位移的结论：主梁与中塔之间设有纵向弹性约束，结构比较简单，3 .三塔悬垂桥的设计，支撑系统的比较3，中央按钮不设置中央按钮，设置3对灵活的中央按钮，3 .三塔悬垂桥的设计，支撑系统的比较选择，结论：设置中央按钮3、中央扣的优点：减小加固梁的纵向活荷载位移，仅设置一对中央扣，效果不显着，对抗滑动和荷载挠曲有改善的缺点：担心释放、疲劳破坏的主梁上的锚固结构大大增加了复杂的弹性拉索的拉力随着矢量交叉比的选择、主钢索的交叉比的减少，主钢索对股线滑动的安全系数k虽然增加，但增加幅度对中塔断面应力影响不大的主梁挠度则主索、锚的工程数增加，3 .三塔悬索桥的设计随着主索的矢量比的减少考虑到纵向弯曲基频增加，扭转频率比减少，振动临界风速减少，选择综合的全桥静、动力分析比，工程数减少，三塔悬索桥方案主索矢量比采用了1/9。 箭跨比选择、3 .三塔悬索桥设计、加劲梁高度比较、加劲梁高度变化，对活荷载挠度的微小影响几乎不影响其他指标。 3 .三塔悬索桥设计，加固梁的高度较高，梁的高度增大，对提高抗风稳定性非常有利。 3.5m高于3.0m钢材的有限结论：综合静动力比较，初步设计加固梁的高度为3.5m。 3 .三塔悬索桥设计，中塔基础比选，圆形沉箱矩形沉箱群桩基，118根3.1m/2.8m钻孔灌注桩。 木桩的长度是105米。 根据纵横高度58.644.576m、直径64m、高度76m、3 .三塔悬垂桥设计、中塔基础比较、综合比较，圆角长方形沉箱优于圆形沉箱。 经过三塔悬索桥设计、中塔基础比选、综合比较，推荐沉箱方案。 3、三塔悬索桥设计、锚碇基础方案比选、矩形沉箱基础、北锚碇52.0m58.857m； 南锚碇50.0m56.851m。 矩形沉箱，3 .三塔悬索桥设计，锚碇基础方案比选，圆形沉箱基础，北锚外径65m，南锚外径63m，沉箱高度分别为57m和51m。 圆形沉箱，3 .三塔悬索桥设计，锚碇沉箱基础方案比选，矩形沉箱配置紧凑，与锚碇外形良好匹配，纵向刚性大，受力合理。 结论：推荐矩形沉箱的基础方案。 矩形沉箱和圆形沉箱工程数量比较(以北锚为例)，3 .三塔悬索桥设计，不同持力层沉箱工程数量比较表，浅埋：柔软粘土(北锚)和稍浓密的粉砂(南锚)承载力低，容易沉降，不可作为持力层。 所以我不考虑这个方案。 中埋、深埋的比较：中砂层深埋的地基承载力比粉砂层埋藏的地基承载力大，但锚受力特征下沉箱的最小平面尺寸受基础偏心距离控制。 深埋时，沉箱平面尺寸为52.850m，深度为65m，工程数量、施工难度和费用均大于中埋方案。 3 .三塔悬索桥设计，锚碇沉箱埋设深度比选，主要计算结果是锚碇沉箱埋设深度比选，3 .三塔悬索桥设计，锚碇基础方案比选，地下连续墙，外形尺寸与沉箱一样，墙体为基础下29m (北锚)和26m (南锚)南锚墙体的高度3 .三塔悬索桥设计、锚碇基础方案比选、结论：推荐矩形沉箱基础方案。 3 .三塔悬索桥设计、主桥结构方案的主要比较一览表、3 .三塔悬索桥设计、支撑体系、3.3塔悬索桥设计、3.2结构方案设计、主索和绳索、主索由169根绳索构成，各绳索由91根直径为5.2mm的镀锌高强度钢丝构成。 钢丝的极限拉伸强度为1670MPa，一根电缆股无应力长度约为3100m。 绳索采用高强度平行线，绳索标准间距为16.0m，绳索标准强度为1670MPa。 上下两端都采用销式，锚杆采用热铸锚杆。电缆夹采用销式，电缆夹材料采用ZG20SiMn，3 .三塔悬索桥设计，3.2结构方案设计，主电缆矢量交叉比采用1/9，主电缆横向中心距离为34.8m。 加强梁，梁高3.5m，全宽39.1m，内侧普通车道和紧急停车带顶板厚度14mm，然后用6mm厚u肋加强，外侧重点车道6m范围内用顶板厚度16mm，然后用8mm厚u肋加强，采用了Q345d钢。 3 .三塔悬垂桥设计，3.2结构方案设计，边塔设计，群桩基础，单桩直径2.8m，共计46根，桩长98m (南塔)和103m (北塔)为摩擦桩设计哑铃型承台，平面尺寸32.632.556m，厚度6m，3 .三塔悬垂桥设计，3.2结构方案设计，混凝土边塔基础、北塔46根3.1/2.8m钻孔灌注桩、桩长103m、南塔46根3.1/2.8m钻孔灌注桩、桩长98m。 承台平面尺寸为78.06m32.8m，厚度6m，哑铃状。 3 .三塔悬索桥设计，3.2结构方案设计，锚定结构，南北锚定结构相同。 后锚体高18.48米，锚体长50.3米，后锚体宽47米。 3 .三塔悬索桥设计，3.2结构方案设计，南锚碇基础，南锚碇52.0m67.9m，沉箱高度41m，平面配置20口井。 沉井底节8m为钢壳混凝土，其馀节为钢筋混凝土。 3 .三塔悬索桥设计，3.2结构方案设计，北锚碇基础，北锚沉箱52.0m67.9m，沉箱高度57m，平面配有20个井坑沉箱底节8m为钢壳混凝土，其馀节为钢筋混凝土。 3 .三塔悬索桥设计，3.2结构方案设计，中塔基础，平面尺寸为58m44m钢沉箱高度38m，混凝土沉箱高度38m，沉箱总高度76m。 沉箱整体基础下沉至海拔-70m深，在施工过程中受到水流、潮汐、大风、河床冲洗等不利因素的影响，技术上非常困难。 3 .三塔悬索桥设计，3.2结构方案设计，中塔防撞措施，船舶撞击数模分析及基础防撞研究报告 :低水位倾斜角度碰撞时，球鼻艏以可能直接碰撞井壁的高水位倾斜角度碰撞，船舶艏部前端结构可能直接碰撞身体。5万吨级船舶低水位45度的角度碰撞分析、5万吨级船舶的高水位倾斜角度碰撞齐墩身分析、3 .三塔悬垂桥设计、考虑在井里设置钢制套管，钢制套管的设置有以下两个方案：中塔防撞措施， 3 .三塔悬索桥设计，主要施工工序有钢制沉箱的制造、拼装、下河钢沉箱的漂浮、在桥位或拼装码头的高度连接桥位锚碇定位压力水着床、钢沉井壁砾填充沉井钢筋混凝土井壁高、沈井里封面、承台施工、中塔大型沉箱基础施工、3 .三塔悬索桥中塔大型沉箱基础施工，、3 .三塔悬索桥设计，中塔大型沉箱基础施工，、3 .三塔悬索桥设计，立式人字形钢塔，塔高191.5m交点以上，以下塔高分别为2根斜脚在塔底的叉开量为34.75m。 斜腿段的倾斜度是1:4。 设置两根梁。 海拔135.04m以下采用Q420qD钢，其馀节和上下位数采用Q370qD钢。 3 .三塔悬索桥设计，中钢塔设计，3.2结构方案设计，中塔主要结构，顺桥方向：塔顶6.6m 10.6 m 15.54 m 6.0 m横桥方向：5m塔柱：单