四方台大桥斜拉桥上部结构设计

的 年

总第

第 期 期

黑 龙 江 交通 科技

,

阅

四 方 台大 桥斜 拉 桥 上 部 结 构 设 计

轰玉 东 齐

,

琳 邢 明明

,

黑 龙江 省 公 路 勘 察设计院 》

摘

要 四 方 台大桥为 主跨

。

的五 跨 连 续 叠 合 梁斜拉 桥 对 该桥 主 桥 上 部 结 构 的结 构设计 施 工 方案 和

,

、

结构 分析 成 果进 行 了 介绍 关键 词 四 方 台大桥 叠合 梁 斜拉桥 上 部 结构 设 计

中 图分类 号 二 概

述

“

”

文 献 标 识码

文 章 编号

一

加

一

的 度

一

地震 基本 烈度

。

松 花江 四 方 台公路 大 桥 简称 四 方 台大 桥

江省哈尔 滨 市 西郊 四 方 台高地 以 西

, ,

位 于黑 龙

四 方台 大 桥 主 桥为 主 跨

的 叠合 梁 斜 拉 桥 本 文 着

。

,

处 的松 花 江 江段

重 介 绍 主 桥 上部 结构 的 设 计情况 和 结 构静力分析成 果

总 体布 里

、

上 连接 哈尔 滨市 江 南与 江北 是 哈尔 滨环城 过 境 公 路 西 段

上 一 座 重要 的大 桥

。

上 游 距双

口

面 铁路 桥

物 下 游距

,

,

四 方 台 大 桥主桥 为双塔双索 面 钢 一混 凝 土叠 合梁 斜拉

松 花 江公 路 大桥

腼

。

桥 由三 跨斜拉 桥和两 个 过 渡 跨结 构 组 合 而成 塔墩 固 结一

四 方 台大桥 的主 要技术 标 准为

体 塔与 主梁 纵 向活 动 支承 属 塔墩 固结 塔梁支 承 式半 悬浮

体 系 过渡 跨与 斜拉 桥 主 梁 连 续

级 挂车

, 。 。

、

,

、

计算行车 速 度

车 辆荷 载 等级 汽 车

一

“

跨径 布置 为

。

二

过渡

二

超

。

一

跨

过渡 跨

,

。

边跨

二

。

主跨

边跨

。

桥梁 标准 宽度

主 桥全长

桥跨布置如 图 所 示

尸一

尸飞

卜一

一一 一

一一

一

—

一

一一

川

日 日

叫

解

‘‘

闷

卜一一一一一 一一 月 卜

一书

图 结 构 设计

主梁

桥跨 布里 图

主梁 截 面 以两 工 字钢 边 梁 横梁 及 中间 小纵 梁 与棍 凝

土桥面 板 结合形成组 合截面

。

、

,

两 工 字钢边梁肋 间距

,

,

。

桥梁 横向 布置 行车道

护栏

十

布索道

行 车道

。

防撞 护栏

防撞

,

主梁 在 布 索 道 处 梁 高 为

, 。 。

桥 梁 中心 线 处 梁 高 为

截 面 高宽 比为

主梁 高 度 与 主 跨 径 比 为 主 梁 横断 面见图

。

布索道

主桥全宽

双 向共 四 车 道

一

月 目

导

一

声

图 主梁横 断面 图 工 字钢边 梁根 据受力的需 要 采用 两 种 不 同的截 面形 式 厚 度为

。

,

腹 板厚 度为 翼缘宽度 为 渐 变为

, ,

,

冀缘宽 度为

。

。

过

,

标准段 工 字 钢 边 梁翼 缘 板宽 度 为

,

,

上 翼 缘 厚度 为

。

渡 跨横 梁上 翼缘厚度 为 厚度为

,

下 翼缘厚 度 为

腹板 梁

下

,

下 翼缘厚 度为

,

,

腹板 厚度 为

, 。

过渡 跨工

,

横 梁 间距 为

,

字 钢 边梁 翼缘 板宽 度也 为 吠 幻

上 翼 缘厚 度 为

,

下

高由

高 度为

。

中间小 纵梁 高 的

翼 缘厚 度为

,

腹 板厚 度为

、

为 提 高其 整 体 和 局

翼缘 钢板 宽度 为

、

上 翼 缘 钢板 宽度 为 加

。 、

腹板

部 稳 定 性 设 置一 定 数 量 的水 平 竖 向 加 劲肋 厚 度 分 别 为

和

。

厚度 均 为

。

主 梁 与 主 梁 主 梁 与横 梁 横 梁 与小 纵梁间 均 采 用 摩 擦

,

横 梁 除过渡墩顶 的横 梁 采 用 箱 型 截 面 外 其余 的横梁 均 采 用 工 字 型截 面

。

型 高强 度 螺栓 通 过 拼 接板 连 接

标 准段 横梁 上翼 缘 厚 度 为

,

下 翼缘

索 梁 锚 固采 用钢 锚箱 的锚 固形式 于钢 主梁 内侧设 置钢

· ·

,

总第

,

期

。

黑 龙江 交通 科技 同 采用 仍

,

第 期

和

锚 箱 钢 锚箱 以焊 接的形 式与钢 主 梁腹板相连接 结构 钢

两种规 格

的 要求

。

。

钢 材 的拉 伸 冲击 和 弯

、

斜拉桥 主 桥钢 主 梁 所 用 钢材 要 求满 足 《 低合 金 高 强 度

曲试 验结果应满 足 表

澎

一

的 技术 要求 根 据 使 用 部 位 的 不 表

屈 服点

,

料 拉 桥 主 桥钢 主梁钢 材指 标 表

伸长

抗 拉强

一

一

℃ 冲击

弯 曲试 验

直径

,

为 弯心

厚度 材料

鉴

一

率

功

不 小于

月咋

为试样厚度 不小 于

田

度

不小 于

!

暇

·

二

。

二

“

甲

阅

二

。

二

剪 力 钉采 用 咚 圆头 焊 钉

,

钢材 长

,

,

。

桥地处 寒冷 地 区 要 求 PE 材 料能 够在 低 温 条 件下 正 常 工

,

剪 力 钉在 钢梁上 的排 列 以 不 与桥 面板 普通 钢 筋及 预应 力钢

作 低温 脆化温度 ‘

. 载的 2 5 倍 控制

。

,

一

0 6

℃

。

拉 索 的安全 系 数 不 小 于 设计荷

, 。

束 相 冲 突 为准

土

,

。

全 桥 剪力钉均 为工厂焊 接 平 面 误 差 控制 在

、 、

以 内 剪力 钉 的 检验 焊 接 工 艺 焊 接 质量 检 验 及 生

。

产 焊接控制均应 满足 有 关规 范 要求

,

桥 面板 为矩 形 混 凝土 实 心 板 板厚

。 混 凝土 标号

,

,

为 制

。 ,

,

分 为预制 及 现 浇 两种 除 ’板 为现 浇 外 其 余 均 为 预

,

,

预制桥 面板 横桥 向板 宽

。

纵桥 向

左 右不

1 对 斜 拉 索 全 桥 共计 1以 根 拉 本 桥单 个塔 柱设置 3 索索 面 为 空 间 扇形 自下 至 上 向桥 外 侧倾斜 ;塔 内拉 索 虚 交 . . 点间 竖 向距离 为 2 O m 最 上 端索 距塔 顶 面 4 9 2 m ;梁 上 拉 . m ’ 2 o 索锚 点 水平 间距 1 索锚点距顺 桥 向塔 中心水 平距 离 . m 约 15 2

,

,

,

1

。

等 并 于顺 桥 向设 置 剪力 槽

,

在 钢梁 支 撑处 设 置

宽

厚的橡胶垫 片 以 防止 现浇混 凝 土 浆外滋 及水 浸 人锈

蚀钢 梁

钢束

。

。

斜 拉索采用 8 种规 格 由 12 7 丝 递增

至 33 7 丝 最短 束 . m . g 0 l m 8 1 以 长5 最 长束 长 分 别配 相应 的冷 铸徽 头锚 具 ;全 桥斜拉索钢丝用 量 为 76

, , , ,

、

。

t

8

根 据 受力 情况 边 跨 及 主跨 部分桥 面板 设置纵 向预 应 力 边 跨设 置每束 根

甲

,

设 计中 对斜拉索采 用了 多重 防腐 措施

,

( ) 1

。

根训 钢 纹线

钢 纹线

束 半桥

主

跨设 置 每 束

预留管 道

。

束 半桥

,

并 分别设 置

锥 形 钢壳与拉索 相 接处涂 硅 胶 利 用 材料 的性 能 减 少 缝 隙发 生 的可 能性 ;

(2 ) 斜拉索 导 管 在安 装 减 振 器 后充填 聚 氨脂发泡材料

、 、 、 ,

,

为减 小棍 凝土 收缩 徐变 的影 响 要 求预制 桥 面 板及 人 行 道板应提 前预制 并保证 至 少 六 个 月 的堆 放期

, , , 。

该 种材 料具 有质 量 轻 吸水性小 低导热 性 隔 气 性 好 和韧 性 好 等特 点 能够使 钢材 和 索体表 面 P E 层 粘合形成 比 较牢 固 的 整体 有效 地 防 止 索导 管 内积 水 将雨 水 潮 气或其他腐蚀 介质与锚 具相 隔 离 ;相 对 于 传统 的 填充 水 泥 砂浆 的 方法 而

, ,

、

为有利 于 现

浇接缝混 凝 土 与预 制桥面板 有效结合 预 制桥面 板 侧面 及 人 行道 板侧 面 外 侧除外 播 涂缓 凝 剂 脱模 后 用 高压 水 枪 冲 刷 以形 成新旧 混凝 土结 合面 预制 桥面 板表 面 平 整 度 容许

,

。

言 更 便 于将来 换索 的需要

( 3 ) ,

,

。

偏 差 值为 土 叠 合梁钢梁 部分 防腐 设计对 桥梁 的耐 久性 和 使用功 能

至关 重要 针 对钢 梁 结 构部 位 的不 同 结 合桥位 处 大 气腐 蚀

,

, ,

。

锚 具 外峪 部 分 以 防锈 油 脂涂 装 表面 罩 以钥 制 护

, , 。

,

罩 护罩 与锚具 间 缝隙用硅 胶密封 使锚具 表 面与 大 气隔离

达 到防锈 蚀 的 目的

4

情 况 采 用 了两 种涂装方 案

,

。

结 构分 析

钢主梁外 礴部 分采 用 重 装 油 漆 防 腐 抛丸 除 锈

结构分 析主要 包括 总 体静力 分 析 主 梁 局 部应力 计算

、 、 , 。 -

、

、

级 酸 溶性 无机硅 酸锌 车间 底 涂

级 要 求粗糙度

云 铁封闭漆

,

卿

喷砂 除 锈 以

索塔计算 基 础计 算和结 构抗 风 抗震 分析 等 内容 本 文 仅介

绍一 下 总体 静力 分析

. 4 1

一

叩

,

,

环 氧 富 锌底 漆

卿

,

环氧

林

聚 氨脂 面 漆

,

脚

干 膜 总 厚度

计 算荷载 (l ) 结构重 力(一 期恒载 二期恒 载)

、

为

。

林

高强 螺栓连 接面采用 热 喷铝涂层 厚度 为 17 0 保摩擦面 摩阻 系数

. 3 2 。

叩

,

以确

( 2 )

混 凝土 收缩 徐变 影 响 力

。 ,

、

。

( 3 )

抖拉 索

,

,

(

4

)

基础变 位影 响力 活 载 :汽 一 超 加 级 挂 一 1 2 0

温 度影 响力

。

。

斜拉索采用 价 低 松 弛 预应 力热 镀锌 高强 钢 丝 抗 拉标 . 7 0 M

p a 松 弛值 1 戊 叮 h 应 力 损失

,

(

5

)

( . 4 2

6

)

支 座摩 阻力

。

( 斜拉桥 热挤 聚 乙 烯 拉 索技 术 条 件》 (」 W 肠 内层 采 用黑色 P E

· 8 0 ·

一

4 9

)

。

的要 求

。

护套 外 层 采 用 桔 红 色 P E 护套

,

由于 本

计 算 米 用 的 主 要设 计 参数 ( 1 )恒 载(半桥 ) . 二 期恒载 按 4 6 犷m 计 ;施工 中采 用 吊机 安 装钢 主梁

,

第6 期

o 吊机 自重 为 6O t (2 ) 活载

汽车

( 3 )

四 方 台大桥 斜拉桥 上部结构 设计

、 、

总 第 16 0 期

,

既考虑 了主 梁 桥 塔 斜拉 索 的应力要 求 又 考虑 了主 梁合龙

的变 位 要 求

, (

。

第二次 张拉 在全桥 合龙 之 后 二期恒载 作用之

, 。

,

一

超2 0 级

由 4 车道控 制 计算 )挂 车

一 1 0 2

。

前

。

两 塔对称 张 拉 每塔 每 次张拉 两根 斜拉 索 斜拉索 初 张

。

徐变收缩次内力 规定 的 徐 变及 收 缩计 算 图 表 计 算 徐 变 收 缩 系

。

、

力 的确 定 原 则 是 使二期 恒载 作 用 后 主桥 桥 面 标高 达 到设 计

要求

按《 公 路钢 筋 混 凝 土 及 预 应力 混 凝 土 桥 涵 设计 规 范 》

根据 实际 施 工步骤进 行 内力 分 析 得 到每个施 工 阶段

。

,

J 023 一 8 5 (JT

,

)

的塔 梁 应 力 和 变 位

的要 求

。

、

这 些 应力 和变 位 均 满 足 有 关 设 计 规范

,

数 混 凝 土加载 龄 期及初 始 应力 按施 工 过 程 计 算

( 4 )

温度

、 , 、 ,

、

考 虑 主 梁顶板升 降温 5 ℃ 斜 拉 索升 降 温 巧 ℃ 桥塔 左 (右)侧升 降 温 5 ℃ 体 系 最高温度 4 0 ℃ 体 系 最 低 温度

, ,

图 4 为主梁 最 大 单悬 臂状态 情况 下 混凝 土 面板应力 图 . 此 时混凝 土 面 板 的最大 压 应力 为 6 3 6 MP a 最大 拉 应力 为 . o 0 5 MP a

,

一

0 4

℃

( 5 )

。

基 础不 均 匀 沉降

。

. 虑 0 02 m 的沉 降量

( 6 )

主塔基 础 分 别考虑 0 0 5 m 的沉 降 量 边 墩 及 过渡墩 考

,

.

活 载 横 向分布 系 数

, ,

横 向分 布系数按杠 杆 原 理 计算 考 虑 车道 折 减 系 数 后 . . 汽车荷载横 向 分布 系数 为 1 94 5 挂车荷载为 0 8

,

。

( 7 )

混 凝土 容重 2 6 kN/ m 3

。

( 8 )

荷载组 合

。

、

“扩 ) 图 4 最大 悬 胃状态 桥 面板 应 力图 《 5 图 为 主 梁最大 单悬 臂状 态 情况下 钢 主 梁应 力 图 此 时 . . o 1 8 M Pa 钢 主 梁最大压应力为 8 6 7 MP a 最 大拉应力为 3

, ,

1 种 荷 载组 合 本次 计算共 进行 13 : 十 组合 1 恒载 汽车 + 预应力 + 收缩 徐 变 : 组合 2 恒载 + 挂车 + 预 应力 + 收 缩 徐 变

、

图 6 为 单体 1 合 龙 前 的 变位 图 此 时 为 最大双 悬 臂状

,

1 为组 合 1 组 合 2 分别 和 温度 效 应 及

组合 3 一 组 合 13

、 、

态 桥 塔 和 主梁 基本保 持 为 设计 线形 边 跨 悬臂 端 竖 向位移 只有 5 m m 不影 响主 梁边 跨合龙

, 。

,

,

支 座 沉 降效 应 组 合 在此 不 逐一列 出

. 4 3

,

。

结 构计 算 图 式

图 7 为组 合结构 1 合龙前 的主 梁 变位 图 此 时为 最 大 单 . 悬 臂 状态 中跨 悬臂 端竖 向 位 移 只 有 2 7 ~

,

, 。

纵 向结构计算采 用 ( B SA C s 9 8 桥 梁 结 构分 析综合 系统 》

软件系统分析 计算 全桥 共分 3 8 0 个 单元 结 构离散 图见 图

,

,

3

。

. 4 4

图3

结构离散 图

, ,

施 工 阶段 分 析

,

斜拉桥施 工 阶段 分 析 首先 要 根 据 不 同 的 施 工 状 态 确 定 结 构要达 到的 目 标 ;其 次 再根 据 确定 的 目标 反 推 各施 工 过 程斜拉 索的 张 拉 力 ;第三 以 反推 出 的斜 拉 索张拉 力 正 装

, ,

计算 检查 各施 工 阶段 结 构应 力 位 移 是 否 满 足相 应规 范要 求 确定的结构 目标是 否 达 到

,

,

、

。

本桥 斜拉桥 主桥 过 渡跨采 用 支架 拼装 法施 工 斜拉桥 主

梁 少段 采 用 支架拼装 及 桥 面 板 现 浇 施 工

, , 1

,

丁 段采 用 对 一1

。

称 悬 拼 法 施工 边跨 合龙 后 主 孔 剩 余 主 梁 节 段采 用 单侧 悬 拼法 施工 ‘ 直 至 中跨 合龙

。

,

全桥 合 龙 后 拆 除边 跨 支架

。

斜 拉 索 的张 拉 分 两次 进 行

,

第 一 次 张 拉 在悬 臂 拼装 阶

,

图7

组 合 结 构 1 合 龙 前主梁及桥 塔 变 位 图 ( m )

段 桥塔 两 侧两根 斜拉 索对称 张 拉 斜 拉 索 的初张 力 的确定

总 第 16 0 期

第6 期

. 4 , 5 . 1

4

, 5

运 营阶段分析 施工 阶段分析 的 最后 状 态 为 成 桥状 态 此 时结 构 的内

、

斜拉 索

,

力 变位 及应力 为恒 载 作用下 结构 的 内力 变位 及应力

,

、

、

。

以

成桥状 态 边 跨尾 索 的 索 力最 大 为 6 5 0 t 靠 近 桥塔第 一 t 根索 索 力 最小为 220 t 其他斜拉索索 力 介 于 22 0 一 6 5 0 之

, 。

成桥状 态为 基础 分 析 结 构 在 活 载 和 温 度 支 座 变 位 等 附加

荷 载作 用 下 的反 应 并 且 和 恒 载 作 用 下 结 构 的反 应 按 规

“

,

成 桥 状态 斜拉 索索力 图 见 图 8 运 营 阶段 斜拉索索 力 最 大 值 为 79 0 t 索 力 最小 为 2( ) t 运 X

间 索力分 布得 均匀 合理

, 、

。

。

,

范 进 行 组 合 判 断结构在 运 营阶段是 否安 全 可靠

”

,

。

营阶段 拉索索 力 图 见 图 9

’

。

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图8

成 桥 阶段 斜拉索 索 力 图

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图9 主梁

运 营 阶 段 斜拉 索索 力 图

。

. 成桥状态 桥 面 板 最 大 压 应 力为 6 4 7 主梁 上 缘 ;钢 主梁 最 大压应 力 为 12 0

。

主梁 在 成桥状 态 及运 营状 态 主 要 控 制 点 应 力 见 表 2

. 在边墩 处 桥面 板 上 缘 ;钢主 梁最 大拉 应 力 为 10 9 8 MP a 发 8 M 生在 跨 中钢 主梁 下 缘 钢 主梁 最 大 压 应力 为 2 4 P 发生 a

,

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, 。 。

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,

发 生 在 桥 塔位 置 在边 墩处钢 主 梁 下 缘 按《 公 路桥 涵 钢 结 构 及 木 结构 设计 . . 发 生 在边 墩处 规范) ( 川 0 2 5 一 8 6) 第 1 2 5 条确定 仍 20E 钢材 的容许应 . . 二3 x 1 二 a」 0 x 2 1 8 M P 2 2 0 钢 主梁 下 缘 运 营状态 桥面 板最 大压应 力 为 1 3 M Pa 发 力为 【 0 / 3 6 4 5 2 7 2 a 钢主梁应 力均 . ; 生 在边 墩 处 桥面 板 上 缘 最 大 拉应 力为 0 5 M P a 同样 发 生 满 足要 求 表 2 主 要 控 制 点 主梁应 力表

,

MP a

2 M

,

,

a

r

,

,

,

成桥状 态

部位

恒载 + 汽 超 2 0

一

一 恒载 + 汽 超 2 0 + 温变

桥 面板 上 缘 /MP扭

钢 主梁下 缘 /M P a

桥 面 板 上缘 / M Pa

一 . 4 7 9 /

钢 主 梁 下缘 /M P a

一

。

桥 面 板上缘 / M Pa

一 . 5 / 2

钢 主梁 下 缘 / M Pa

一 . 4 8 . 7 7 /

备

注

过 渡跨 中心

一

. 6 2 一

1 8

.

3

/

. 8 8 1

5 8

一

5 7

. 9 2 3

6

边墩

墩顶 桥塔 位置

主跨

~6. 4 2

~ ! .2 0 2

一 一

. 0 1 1 83 / . 1

一 一

. 2 2 2/ . 34 2 0 一 5 3/ . 12 3 2

~

. 13 !/

一

2 4 8

边跨 布里 4 ~ 根 15 9 钢纹

一 一 . 6 7 4

. 4 3 6 /

~ ~

. 8 8 1 2 / . 4 7

一

. 3 1 / 2

一

. 6 2 1/

一

不 芯

5

,

一

·

4

8

结 论 (l ) 计算表

明 无论是施工 阶段 还 是 运 营 阶段 钢 主梁

,

混 凝 土 桥 面板及 斜 拉 索的 应 力均 满 足 规 范 的要 求 本 桥

上 部 结构设 计是 安全合 理 的

。

“

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线 ( + 表示 拉 一 应力; 表示

压应力 )

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、

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,

X 本 桥 2( 现正 在安 全运 营

( 2 )

犯

年 5 月开工 建 设

, 2 X (

抖

年 9 月 建成通 车

7

一

,

。

收稿 日期 二2 ( ) X

4 0

一

8 2