涪陵乌江二桥总体设计_邓文中

1、文章编号:1003-4722(200701-0043-04涪陵乌江二桥总体设计邓文中,任国雷,杨春(林同棪国际(重庆工程咨询有限公司,重庆401121摘要:乌江二桥是一座高低塔单索面斜拉桥,高低塔的设置是为了适应当地地形的需要。桥梁主跨跨径为340m ,主桥箱梁采用单箱单室大悬臂结构形式,斜拉索在梁上锚固于箱梁横隔板中部的顶部位置,梁宽25.5m ,采用节段悬臂施工。关键词:斜拉桥;预应力混凝土桥;长跨桥;桥梁设计中图分类号:U448.27文献标识码:AOverall Design of the Second Fuling Wujiang River B ridgeMa n 2Chung Ta

2、 ng ,R EN Guo 2lei ,Y AN G Chun(T.Y.Lin International (Chongqing Engineering Consultative Co.,Ltd.,Chongqing 401121,China Abstract :The Second Fuling Wujiang River Bridge is a single cable plane cable 2stayed bridge wit h unequal height of pylons.The arrangement of t he pylons in an unequal height w

3、ay is to ac 2commodate t he topograp hy where t he Bridge is to be built.The main span of t he Bridge is 340m in lengt h and t he main girder of t he main bridge is designed as a single cell single box st ruct ure wit h wide cantilevers ,measuring 25.5m in widt h in total and will be constructed by

4、t he cantile 2ver segmental const ruction met hod.The stay cables of t he Bridge at deck level are anchored to t he top of t he middle of t he diap hragms of t he box girder.K ey w ords :cable 2stayed bridge ;prest ressed co ncrete bridge ;long span bridge ;bridge design收稿日期:2006-09-15作者简介:邓文中(1938-

5、,男,美国国家工程院院士,中国工程院外籍院士,1959年获香港珠海学院学士,1965年获德国达姆斯塔德大学工学博士。1引言涪陵位于重庆以东约100km ,是一个长江与乌江两江环绕的城市。乌江二桥位于乌江与长江交汇口上游500m 附近,距乌江大桥约1.6km (乌江大桥建成于1989年,是一个上承式箱形拱桥。随着经济的发展,现在的乌江大桥已经不能满足日益增长的交通流量的需求,因此,急需建设一座新的跨江桥梁,来改善交通条件、加强各片区之间联系,加快涪陵区及各片区经济的发展。乌江大桥主跨跨径仅为200m ,但在乌江大桥与乌江二桥之间为乌江码头区,在长江三峡蓄水后乌江的常水位高程为175m ,为了满足

6、高水位下乌江的通航及船只作业要求,经过通航研究论证确定该桥主跨跨径不得小于340m 。同时桥位地形和桥位西侧新修的防洪大坝进一步限制了主桥墩的位置。目前,长江三峡尚未完成蓄水,乌江水位还比较低,且11月份到第2年5月份为枯水季节,基础比较容易施工,因此必须在洪水位到来前的枯水季节完成下部结构施工,才能使乌江二桥接下来的工作得以持续进行,避免隔年施工。乌江二桥道路等级为城市主干道级,按双向4车道设计,两边各设2m 宽人行道,设计车速为50km/h ,设计洪水频率为300年一遇,最高通航水位为180.75m ,最低135.80m 。2结构体系涪陵是一座典型的山城,桥位区属河谷斜坡地貌,乌江两岸较高

7、的地势使得乌江在最高洪水位时的水位都不能超过路面。水运交通主管部门要求最高通航水位时的桥下最小净空为10m,因此在立面上,桥位高出两岸路面较高,也致使桥尾的坡道较陡,2个边跨较小。南侧边跨为150m,而北侧边跨仅为100m,对于340m的主跨而言,2个边跨过短对我们所选用的斜拉桥方案造成一定的难度,但跨径已被当地地形条件所决定,实际上,受地形条件限制,在桥南侧是通过3层螺旋匝道连接主桥与下面的交通系统。其他结构类型的桥梁,例如拱桥、悬索桥对于这样的条件也是可行的方案,但拱桥则需要更大的跨径和规模,而340m跨径的悬索桥又会非常昂贵,不够经济,因此经过反复仔细的比较,乌江二桥最终选用斜拉桥方案(

8、图1。桥梁设计有3点基本的要求,那就是达到美学上的满意,具有良好的经济性,同时桥墩还需要具有足够的刚度抵抗船舶的撞击。美学上,斜拉桥具有跨径大、梁高矮的特点,外观纤细柔美,充满现代气息,单柱式桥塔及单索面的设置,使桥上行车具有开阔的视野,同时单柱式桥塔相比门式桥塔其下塔柱刚度更大,更有利于抵抗船撞。对于当地条件而言,340m的跨径采用混凝土斜拉桥是一种非常经济的桥型。为了解决边跨不等且偏小的问题,乌江二桥采用高低塔斜拉桥,见图2。桥面以上塔的高度与边跨的长度成正比,两个边跨的总长为250m(100m +150m,占主跨径340m的74%左右,这是一个比例偏小但还是可以实现的跨径布置。单柱式桥塔

9、设置于道路的中央,会使得桥面宽度增加34m,相应增加量的造价,而实际上,单柱式桥塔更易于施工,并且其造价也少于门式桥塔。因此,2种不同塔型的桥型方案在造价方面是具有可比性的,单柱式桥塔适用于单箱断面,门式桥塔适用于形梁断面,而施工中箱形梁的施工和国内常规的节段悬臂施工非常接近,当地的施工单位对此施工工序更为熟悉。3桥塔乌江二桥基础采用直径为2.5m的挖孔桩基础,桥面以下的下塔柱高分别为63m和73m,断面为箱形,从上到下外形尺寸线性增大。 桥面以上为图1 乌江二桥效果图2主桥立面上塔柱,箱形断面,外形为锥形。高塔上塔柱高105.4m ,低塔上塔柱高66.4m 。上塔柱的高度决定于其对应的边跨跨

10、径。整个塔外形纤细优美,与当地的地形条件相适应。塔柱截面尺寸见图3。 图3桥塔横断面乌江二桥采用塔梁固结结构形式,因此在塔内将产生较大的弯矩,但相对塔截面的抗力而言这个弯矩值较小。塔梁固结的结构形式是设计新颖的结构处理方式。4上部结构乌江二桥桥宽25.5m ,双向4车道,每侧8m的车行道,5.5m 的中央分隔带。全桥共设置106根斜拉索,在梁上锚固于梁的中部位置。对于单索面斜拉桥,为了解决偏载作用下产生的扭矩,采用箱形截面形式是合理可行的。乌江二桥主梁采用单箱单室大悬臂断面形式,见图4,箱体底宽9.29m ,顶宽12.5m ,每侧支撑在横梁上的悬臂翼缘长度为6.5m ,纵向上横梁与斜拉索在梁上

11、的锚固位置保持一致,锚块下设置内横隔板,使斜拉索力的竖向分力通过横隔板传递到腹板。图4主梁标准横断面箱梁梁高采用3.5m ,可满足单索面斜拉桥抵抗扭矩的要求,塔梁固结处的箱梁抵抗偏载产生的全部扭矩;同时为了保证箱内的施工操作空间,梁高也不能小于3.5m 。涪陵乌江二桥的总体跨径布置,决定了主梁的左右平衡是该工程设计中的重点,即保持主梁对塔的弯矩左右平衡。为了减少施工、设计的复杂性,边跨主梁分别采用等截面结构形式,同时满足边跨的配重需求。而中跨在满足规范的前提下尽量减小截面面积,因此分段采用了不同的截面形式。涪陵乌江二桥桥宽达25.5m ,梁段长度对应斜拉索的布置分别为4.4m (矮塔边跨、6m

12、 (中跨和4.2m (高塔边跨,采用C60混凝土。5斜拉索涪陵乌江二桥斜拉索采用扇形布置,并采用张拉锚固方便的<7高强镀锌平行钢丝束,钢丝强度R y =1670MPa 。由于桥型整体的不对称性,桥面上的索距也有所不同,但与国内大多数斜拉桥在边跨尾端加密斜拉索的做法不同的是,涪陵乌江二桥在边中跨分别采用等距的斜拉索布置形式,即:中跨主梁上的标准索距为6.0m ,边跨索距则分别加密为4.4m 和4.2m ;而斜拉索在索塔上的索距统一为2.0m 。这样设计者就不必再为梁端锚固处理绞尽脑汁,同时这种细节处理也使得主桥在整体上提高了美学的价值观。而斜拉索技术的发展让设计者在处理此类技术问题时更加得

13、心应手。斜拉索锚固在塔上的前后两侧,塔壁内设环向预应力平衡斜拉索在塔内的水平分力,见图5。隔板内设置隔板预应力平衡斜拉索在梁上的竖向分力。6螺旋匝道桥梁的交通组织要与当地的路网相连,东桥头的现有道路与桥面标高在同一高度,而西桥头,现有 图5斜拉索在塔上及梁上的锚固细节道路与桥面高度相差20m ,设计在此设置一3层螺旋匝道以适应狭小的空间范围,见图6。 图6乌江二桥西桥头螺旋匝道螺旋匝道采用左右双幅,箱形截面梁,依靠横梁与两幅桥间的柱式墩固结,竖向荷载通过横梁传递到桥墩,偏载产生的扭矩通过箱梁及桥墩来抵抗。箱梁采用普通钢筋混凝土箱梁,跨径范围为2025m ,桥墩尺寸为2m ×3m ,螺旋匝道半径为45m 。7施工乌江二桥采用常规方法进行施工。由于乌江水位随季节变化很大,对于修建在这一地区的所有桥梁,都必须赶在枯水期通常从头年的10月份至次年的4月份,完成桥墩与基础的施工。因此,桥塔下部工程必须在洪水期来临之前完成。桥塔塔身采用爬模法施工。当桥塔施工至桥面位置时,浇筑完成塔、梁固结段。接着继续浇筑桥塔上部结构。主梁采用悬臂浇筑法施工,挂篮在现场设计制作。为了加快施工速度,全桥采用了4副挂篮,每个悬臂端部1副。主梁节段长度与斜拉索间距相同,当节段混凝土强度达到要求后,才进行