重庆菜园坝长江大桥Y型刚构设计与实施

所属栏目:建筑设计论文 发布日期:2011-05-13 17:12 热度:

  摘要:重庆菜园坝长江大桥采用刚构桁架系杆拱体系,结构高效美观。Y型刚构为大桥主受力构件,其独特的主动控制系统、空间节点构造和创新的施工方法是大桥的重要特点。介绍Y型刚构的设计特点同时也总结其优点和适用性。
  关键词:桥梁,刚构,主动控制,施工方案,桥梁
  
  随着我国桥梁建设水平的发展,钢拱桥设计、施工水平迅速提高,小湾大桥、卢浦大桥等工程的顺利建成为钢拱桥打下了发展的技术基础。重庆菜园坝长江大桥在此基础上,以结构高效、美观为设计目标,实施了一种新的拱桥结构体系,其中Y型刚构是其设计创新的核心构件,也是大桥设计的重要特点。
  1工程概述
  重庆菜园坝长江大桥工程是重庆市主城区南北通道上的关键工程。大桥采用刚构与提篮式钢箱系杆拱、桁梁组合的结构体系,桥梁总长800m,其中主跨420m,对称布跨的边跨和侧跨分别为102m及88m。六车道及双侧人行道设在桥面上,双线轻轨设在主桥桁梁下横梁上,构成双层特大公轨两用桥。
  菜园坝长江大桥主桥由基础、Y型刚构、边墩、过渡墩等下部结构和主拱、钢桁梁、桥面系等上部结构组成[1],大桥总体布置见图1。其中支持钢桁梁的主体结构体系又分为三个子结构:两侧预应力混凝土刚构和中部的320m的钢箱提篮拱。三个相对分离的子结构通过中跨拱肋系杆索及边跨刚构系杆索连接成420m的系杆拱。这是重庆菜园坝长江大桥主桥不同于其它系杆拱结构体系的重要特点之一。该体系将混凝土结构与钢结构有机的结合起来,使大桥成为了“安全、实用、经济、美观”的典范。
  大桥跨越长江I级航道,且所在的江段具有年水位差大,冲刷大等特点,常年水位落差均在在30米以上。Y型刚构采用预应力混凝土结构具有抗船撞能力强、耐久性好、易于施工、经济性好等特点,同时其刚劲有力的造型与拱肋的纤细柔美组合,亦成为本桥建筑造型的亮点。作为主结构的Y型刚构,在强调总体桥跨协调的同时更注重构件的局部的造型,其内倾的布置与提篮拱取的一致,外型线条简单明快,使大桥有较好的节奏感和韵律感。
  2Y型刚构结构布置
  Y型刚构由前、后悬臂,主横梁,前、后次横梁,前、后主横梁及系杆索锚固件等构件组成,其构造如图2所示。
  刚构前悬臂为变截面空心薄壁结构,根部为
  10m×6m的矩形截面,顶部为5.2m×3.6m的矩形截面,顶底板厚0.6m,腹板壁厚0.5m,其实质是拱肋的延伸。图1全桥总体布置
  
  在前悬臂中心处设置前主横梁,截面为3.6m×3.3m,前主横梁采用空心矩形截面的预应力混凝土结构。
  图2刚构构造图
  刚构后悬臂也采用变截面空心薄壁结构,根部为10m×6m的矩形截面,顶部为4m×3.6m的矩形截面,顶底板厚0.6m,腹板壁厚0.5m。在后悬臂中部设置后主横梁,截面为3.6m×3.3m,后主横梁采用空心矩形截面的预应力混凝土结构。
  主横梁设置在主墩顶部,连接主墩及两侧刚构。主横梁结构断面造型为六边呈宝石形,预应力混凝土结构高6m,底宽3.5m,顶宽7.6m,顶板厚0.4m,底板厚0.7m,两侧腹板厚0.4m。主横梁不但是大桥的主受力结构,其内部还设置了大桥成桥后的健康监测主控制室。
  3主动控制系统
  主动控制体系由中跨系杆、边跨系杆、边墩、墩顶竖向拉杆、千斤顶等构成,如图3所示。主动控制体系各构件协调控制刚构、拱肋、主墩内力和位移。在施工过程中,多次调节控制系统以满足结构内力需要。
  刚构前悬臂主要承受来自拱肋的水平推力、轴向压力和来自桁梁吊索的竖向力。中跨系杆用以控制拱脚水平推力,边跨系杆用以调节竖向力导致的悬臂根部弯矩,通过控制可使前悬臂主要内力为轴向压力。
  刚构后悬臂主要承受来自边跨系杆和竖向拉杆的合力,同时平衡前悬臂引起的主墩顶水平力。通过结构在自身预应力体系的调整,后悬臂主要内力也为轴向压力。
  图3刚构主动控制系统
  由于大桥施工过程复杂,体系多次转换,刚构作为主受力构件,主动控制体系可以确保其内力在设计范围调整。结合施工阶段的结构受力,主动控制体系需作多次调整:
   后悬臂与边墩顶合拢,张拉边跨系杆15300KN,使前后悬臂托架,形成刚构体系;
   边跨桁梁就位,张拉竖向拉杆12000KN,边跨桁梁形成;
   在全桥二期恒载施工结束后,进行第二次竖向拉杆张拉,张拉力21000KN,全桥结构体系形成。
  主动控制体系使大桥主要构件的内力均可按设计要求调整,同时中跨系杆、边跨系杆、墩顶竖向拉杆均为永久构件,在设计上均可检查、可更换。为了避免系杆张拉给边墩带来的弯矩,在千斤顶面采用水平滑动,大桥体系形成后,再浇筑混凝土将千斤顶封闭。
  4节点设计
  Y型刚构直接承受拱肋、桁梁等被动力及系杆、拉杆等主动力,Y型刚构与拱肋连接的钢砼接头、前次横梁牛腿吊点、后悬臂墩顶实心部均是大桥的关键节点。关键节点的设计直接决定了大桥的使用安全性和耐久性,考虑到大桥的100年设计基准期,对节点的设计遵循“保证安全、保证耐久、实施性好”的原则。以下介绍Y型刚构的主要节点设计。
  后悬臂墩顶节点是边跨系杆、刚构后悬臂、竖向拉杆、边墩和后次横梁的相交节点,如图4所示。墩顶段高5.6m,横桥向宽4.7m,顺桥向宽4m。在该节点中边跨系杆的承压板、预埋管构成系杆锚固体系,竖向拉杆的承压板、预埋管构成拉杆锚固体系。同时后悬臂的纵向预应力和后次横梁的底板预应力也均锚固在该段内。
  图4后悬臂墩顶节点
  系杆锚固键位于中跨与边跨系杆的交叉处,采用混凝土现浇构造,长14.7m,高3.3m,宽3.6m,如图5所示。成桥后中跨系杆力为15000KN,边跨系杆力为20000KN,其剪力差值通过系杆锚固键传给刚构前悬臂,进而调整刚构前悬臂的内力状态。
  图5系杆锚固键节点
  刚构拱肋接头是大桥材料组合设计的核心,钢拱通过接头传给钢构前悬臂的轴力为10000KN,弯矩2000KNM,这些力通过接头内的PBL剪力键和拉杆传递到混凝土中。接头中的钢结构由下垫板,拉杆和PBL剪力键三部分构成,如图6所示。为了拱肋精确定位,接头最后1m内的混凝土为后浇筑,并在钢拱肋与混凝土交接面处设置一厚度为50mm的承压板。

 1/2    1 2 下一页 尾页

文章标题:重庆菜园坝长江大桥Y型刚构设计与实施

转载请注明来自:http://www.sofabiao.com/fblw/ligong/jianzhusheji/8878.html

相关问题解答

SCI服务

搜论文知识网的海量职称论文范文仅供广大读者免费阅读使用! 冀ICP备15021333号-3