银滩黄河大桥设计

382银滩黄河大桥设计 银滩黄河大桥设计 许振中 (铁道部第一勘测设计院兰州730030) 【摘妻操文介绍了兰州因滩黄河大桥桥址概况，桥型及总体设计^ 【关键词】斜拉桥设‘氐 1工程概况 银滩黄河大桥位于兰州市中部，横跨黄河，全长1397．41m；其中桥全长963．48m(台尾到台 尾)，桥面净宽22．5m。主桥采用独塔、双面索斜拉桥。引桥采用40m及20m简支梁桥，连续桥面。 桥址处地形平坦，河槽稳定呈槽形，两岸均筑有沿河堤坝，河道宽度约400m。兰州地区多年 平均气温9．3LC，极端最高气温39．1℃，极端最低气温--28．1℃，历年极大风速27．6m／s。黄河兰 州段汛期一般为6～9月份，历年平均降水量319．4mm，设计水位：H1％一1526．76m最高通航 水位：H10％=1525．43m，最大冻结深度1．2m。 桥址位于兰州市七里河断陷盆地。地表为人工填土；漫滩表面新近沉积粘性土、砂质粘土，厚 度为1～3m，其下为卵石土，厚度达300m以上，为断陷盆地内主要沉积地层。O～20m范围内卵 石土中未发现有可液化土层，属Ⅱ类工程场地土。基本承载力d0=700kPa。 2主要技术 2．1道路等级：城市主干路I级。 2．2计算行车速度：60km／h。 2．3最大纵坡：桥梁及引道2．5％。 2．4设计荷载：汽一超20设计；挂--120验算；人群5kN／m2。 2．5桥面宽度B：1．75m人行道(含栏杆)+2．25m非机动车道+4×3．75m机动 车道+2．25m非机动车道+1．75m人行道一23m； 引桥B=23m，主桥B=25．5m(含两侧斜拉索锚固区各1．25m)。 2．6桥面横坡：行车道2％人字坡，人行道1％单面坡。 2．7通航等级：v级。通航净宽46m，通航净高7m。 2．8洪水频率：设计1／lOO；基础检算1／300。 2．9设计地震烈度：八度，重要性修正系数1．7。 3总体设计 3．1桥孔布置 银滩黄河大桥设计383 根据桥址处地形地貌及通航要求，综合考虑实用、经济、美观并与周围景观相协调等因素，确 定本桥起桥高度为8．Om左右，主桥采用2×133m钢筋混凝土独塔双索面斜拉桥，两侧引桥采用 40m及20m简支梁，具体孔跨布置为： 10孔20m预应力混凝土空心板梁+5孔40m部分预应力混凝土组合梁+(133+133)m斜 拉桥+2孔40m部分预应力混凝土组合箱梁+10孔20m预应力混凝土空心板梁。 桥全长963．48m。两侧桥台均置于大堤以外。主线引道路肩宽度23．Om,设置重力式挡土墙； 两侧地面道路路肩宽度12．Om，路基边坡采用1：1．5。 3．25J桥设计 两端引桥40m跨径采用部分预应力混凝土组合箱梁，20m跨径采用预应力混凝土空心板 梁。桥墩采用三柱式桥墩，倒T型盖梁。跨径40m桥墩基础采用6根直径120cm钻孔桩基础，上 设承台、系梁。跨径20m桥墩基础采用明挖基础。桥台采用重力式U型桥台，明挖基础。台后设 有钢筋混凝土搭板。 3．3主桥结构设计 主桥结构采用2×133m独塔、双面扇形索(密索)斜拉桥。塔墩固结，主梁漂浮体系，钢筋混 凝土H形桥塔。 主梁采用单箱双室开口箱形截面。箱梁侧高2．Om，顶宽25．5m，底宽17．Om，顶板设2％人 字坡，中心线处梁高2．25m。箱梁沿纵向每隔4．Om设置一道横隔梁，横隔梁均设有80X80cm过 人洞，并在顶、底板设有通气孔和泄水孔。箱梁按部分预应力混凝土A类构件进行设计，除配有 一定数量的普通钢筋外还配有三向预应力钢筋和钢绞线。纵向预应力根据和运营需要配有 032精轧螺纹粗钢筋和矽’15．24钢绞线，在斜腹板和直腹板中配有垂32精轧螺纹粗钢筋，在横 隔梁中配有够’15．24钢绞线。钢绞线标准强度为Ryb=1860MPa，配合OVM锚具；粗钢筋标准 强度为Ryb=750MPa，配合螺丝端杆锚具。除斜腹板及直腹板内预应力粗钢笳采用缓粘结工艺 外，其余均采用波纹管或铁皮套管成iL。在箱梁上预埋有人行道及灯柱等预埋钢筋和钢板。箱梁 采用悬臂灌注方法施工，节段长8．0m，重量约310t。 桥塔采用钢筋混凝土H型桥塔。塔高79．Om，桥面以上63．Om。在桥面以上29．Om处设有 横梁，横梁为空心截面，壁厚60cm。桥面以下4．Om处设有刚性横梁及纵、横向挡块，在挡块与主 梁间安装高阻尼橡胶支座。塔柱在桥面以下区段为实体矩形截面，塔底截面纵向尺寸7．om，横向 尺寸6．Om。桥面以上至上横梁区段为空心截面，壁厚60cm。上横梁以上缆索锚固区为工字形实 体截面，在塔顶设有避雷装置及安全护栏。塔柱除配有普通钢筋外还设有由角钢组成的劲性骨 架。下横梁配有髟’15．24钢绞线，OVM型锚具。钢绞线标准强度Ryb=1860MPa。 斜拉索采用镀锌巧5．0mm高强度低松弛平行钢丝束，冷铸墩头锚具。双面扇形布置，索距 8m。索长32m～140m，全桥共124根。钢丝标准强度R，5=1600MPa。缆索防护采用：内层为聚 乙烯PE管，外层为彩色聚氨酯。 桥塔基础采用分离式钢筋混凝土圆端沉井基础，井高22．0m，中心距31．5m，井顶设有承台、 系梁。边墩采用6根直径150cm钻孔桩基础，三柱式桥墩，L形盖梁。 主桥端支点采用盆式橡胶支座及横向阻尼橡胶支座，沿纵向设有橡胶隔震垫。梁端设置大位 384堡蓬重煎盔堑塑生 移量伸缩缝。桥面铺装采用4cm防水混凝土，上设6cm沥青混凝土磨耗层。 3．4主桥抗震设计 桥址地处八度地震区，主桥结构的抗震设计尤为关键，设计中在下横梁设置纵、横向挡块，在 挡块与主梁间安装高阻尼橡胶支座，运营时通过挡块及高阻尼支座对主梁的弹性约束，保证结构 正常使用，地震时通过高阻尼橡胶支座削减地震能。经过计算确定下横梁上纵、横向弹性约束常 数为：1．5×105kN／m2,1．5×104kN／m2，并据此进行高阻尼橡胶支座的试验与研制工作。 阻尼支座弹性约束常数不同取值时塔底截面横向地震反应 横向漂浮 E一1．5×105kN／m2横向刚性约束 横向一阶周期(sec) 2．248 1．558 1．222 轴力(kN) 2575 2469 2841 弯矩(kN--m) 44524 44986 62562 剪力(kN) 3922 3991 5827 由于90％的主梁质量通过拉索堆积于桥塔上部，这对高耸抗震结构的基础设计极为不利，综合 考虑构造要求、抗震设防及桥址处水文、地址条件，本桥主塔基础选用了结构简单、施工便利、承 载能力强、整体刚度大的沉井基础。 4结构计算 4．1计算理论 本桥根据设计检算项目不同，分别采用容许应力法和极限状态法进行设计。 4．2主桥计算 主桥设计荷载采用汽--20；挂--100，局部构件检算采用汽一超20；挂--120。主桥计算分别 按施工阶段、运营阶段、平面、空间、静力、动力进行计算。分别对恒载、活载、支座沉降和温度、收 缩、徐变等附加力和旅工荷载进行了全面计算，附加力计算包括：体系温差；日照温差；汽车 制动力}及风力和地震力。利用《桥梁结构分析系统BSAS))软件对斜拉桥进行施工及运营阶段检 算，主桥结构离散为168个节点，231个单元，划分了121个旗工步骤；利用《(SAP90))软件对斜拉 桥进行空间、动力分析，并对地震力进行检算。计算中挂篮荷载按牵索式挂篮的反力分布计列。箱 梁各主要截面及上、下缘最大、小应力检算结果见下表： 4．3引桥计算 引桥设计荷载采用汽一超20；挂--120。在计算中考虑了制动力在联内的分配，并对所有墩 台进行了地震力检算。 5主要施工方法 引桥20m空心板梁及40m组合箱梁采用现场预制，龙门吊及汽车吊架设施工。主桥沉井采 用筑岛围堰，不排水下沉的方法施工。钢筋混凝土塔柱采用扒模法施工，桥塔上、下横梁采用万能 杆件支架旖工。主桥预应力混凝土箱梁除0号及边跨合拢段采用支架麓工外，其余各梁段均采用 牵索挂蓝悬臂灌注法施工，牵索挂蓝由万能杆件组装而成，因横向宽度较大，挂蓝设有横向预应 力以调整跨中挠度及横向阿4度。 箱梁主要截面应力表(MPa) 桥塔处 距桥塔L／4距桥塔2L／4距桥塔3L／4最大、， 、应力 位置 dIml 口删n 口瞄x a删n d眦x a血n O～ 口而n d唧x a血n 13．83——0．90 施 上翼缘 12．59——0．0711．27—0．O￡10．760．116．83—0．08 6．0 83 工 15．22—1．01 下翼缘 14．88O．57lO．53O．5313．141．1214．230．92 2．0 125 13．93——0．18 运 上翼缘 11．139．6611．679．7113．5810．4911．915．50 65 123 营 15．33 0．67下翼缘 12．359．306．012．008．602．9414．242．91 107 125 注：表中L系指主桥跨度，L=133．om；表中分母为最大、最小应力点距桥塔的距离(m)。 6监测监控及工程试验 高阻尼橡胶支座为非标产品，根据结构不同，其性能要求也不尽相同，为此本桥对高阻尼橡 胶支座进行了专题研究及试验、研制工作，并取得良好效果。同时，斜拉桥属高次超静定结构，施 工精度要求很高，施工时须对桥塔轴线，主梁标高、线形、索力及全桥合拢进行全过程的监测监 控，以保证施工安全，同时满足设计要求。 本桥地处八度地震区，主桥采用塔墩固结，运营时主梁弹性约束、地震时纵向漂浮的结构体 系，为验证设计理论，检验施工质量，科学评断结构的实际承载能力，拟于全桥建成后进行主桥 动、静载及半跨重载试验。 参考文献 (1)林元培·斜拉桥人民交通出版社·1994 (2)李国豪·桥梁结构稳定与震动中国铁道出版社·1992 3 8 6 钺 滩 黄 河 大 桥 设 计 _ ● ● ●●一一E 皤 _疆t一一_= 、 ! 一 ! ●●_ 匐 银 滩 黄 河 大 桥 设 计 3 8 7 - -陌 ：：： 一 ：：}： i ： d ： i 黼《 目≯{n驴 银滩黄河大桥设计 作者： 许振中 作者单位： 铁道部第一勘测设计院(兰州) 相似文献(10条) 1.会议论文 韩大建.马文田 斜拉桥边跨的结构设计 2000 斜拉桥边跨的结构设计在其总体设计中占重要地位，并且严重制久着总体设计水平均优劣。斜拉桥边跨结构设计的核心是消除或减少支座负反力。 该文就给出了支座负反力的设计原则，并根据该设计原则详细讨论了斜拉桥有引桥、无引桥和组合梁斜拉桥边跨的结构设计。 2.会议论文 刘钊.施大震.吴榃.刘保文.王文清 淮北长山路斜拉桥的结构设计特色 2002 淮北市长山路斜拉桥为独塔双索面斜拉结构,结合桥位处的限制条件,在结构设计方面有所创新:采用哑铃形钢管混凝土组合截面柱作为斜拉桥的索塔 ,主梁为带有错台的预应力混凝土板式边主梁截面,并应用支架法进行梁部结构施工,最后还介绍了相应的结构计算模型与计算方法. 3.学位论文 秦文炳 基于应变能准则的斜拉桥结构优化设计研究 2007 随着我国交通事业的飞速发展，大跨度桥梁得到桥梁设计者的重视。斜拉桥是大跨度桥梁的典型形式。主梁是斜拉桥的主要承重构件之一，主梁的 断面构造型式，对整个体系的受力性能、行车条件、经济效益等都有直接的影响。因此，主梁的设计和安全在全桥中占有举足轻重的地位。然而由于斜 拉桥是高次超静定结构，受力条件复杂，所以对其进行结构设计比较困难。设计时一般根据经验拟定初始结构尺寸，进行多次试算取得满足条件的结构 形式，所得结果往往并不是最优设计。因此，结构的优化设计对提高斜拉桥的设计质量显得非常有意义。 本文结合军山长江大桥，采用通用有限元软件ANSYS，利用APDL语言对斜拉桥主梁进行横向拓扑优化、纵向形状优化和尺寸优化等三个层次上的研究 。主要内容有： (1)以应变能为准则，建立大跨度斜拉桥双方向渐进结构优化设计模型。针对计算中发现的奇异性，提出动态删除率思想。应用ANSYS软件的APDL语 言研制了斜拉桥结构优化设计软件。算例表明本文方法不仅保证了结构拓扑优化迭代的收敛性，而且收敛速度快。 (2)本文提出基于应变能准则的双方向渐进结构优化方法，对斜拉桥主梁进行了横截面拓扑优化研究。算例证明了闭口箱形截面是大跨度钢斜拉桥主 梁的最合理的截面形式；也证明了该双方向渐进结构优化方法的实用性、可行性。且具有删除体积比高、最优拓扑清楚、对网格精度不存在明显依赖性 等优点。 (3)根据横截面拓扑优化的结果，确定主梁横截面拓扑，建立考虑壳、梁和索单元的斜拉桥形状和尺寸优化设计模型，对斜拉桥主梁进行了纵向的形 状和尺寸优化。目标函数为主梁应变能最小。研究发现，纵向肋板的间距和位置对顶板和底板的应力和位移有很大的影响。肋板间距过大，会加大顶板 、底板和肋板的厚度，使结构不合理，而间距过小又会给施工带来不便。 (4)因为形状和尺寸优化采用的是空间计算模型，所以优化时还必须进行斜拉索的成桥索力优化，形状和尺寸优化与索力优化分层进行。研究表明 ：随着优化的进行，索力整体上有一定的减小，索力分布趋于均匀。 4.会议论文 刘钊.施大震.刘保文.王文清 淮北长山路斜拉桥的结构设计特色 2002 淮北市长山路斜拉桥为独塔双索面斜拉结构,结合桥位处的限制条件,在结构设计方面有所创新:采用哑铃形钢管混凝土组合截面柱作为斜拉桥的索塔 ,主梁为带有错台的预应力混凝土板式截面,并应用支架法进行梁部结构施工.最后还介绍了相应的结构计算模型与计算方法. 5.会议论文 彭志苗 五河口斜拉桥结构设计与分析 2005 五河口斜拉桥目前是国内已建成的同类型混凝土斜拉桥中桥宽最宽的(38.6m)。该桥在设计中采用了诸多措施。主梁采用双边箱，顶板加两个小纵梁 ，横梁采用牛腿等，再加上主梁采用高性能C60棍凝土，基本上解决了宽体斜拉桥裂缝难题。 6.学位论文 秦忠强 绥芬河大跨度斜拉桥水平转体施工技术研究 2006 桥梁转体施工技术是利用两岸地形采用简单支架顺着岸边预制拼装庞大的桥梁结构,然后采用磨擦系数很小的转铰和滑道组成的转盘结构,以简单的 设备将桥梁整体旋转安装到位的施工方法. 本文结合绥芬河市新华街立交桥工程,开展斜拉桥水平转体施工结构设计和相应施工技术的研究.根据绥芬河市新华街大跨度立交桥的场地具体条件 ,确定了该桥梁采用双孔独塔斜拉桥形式,研究了以水平转体为特点的斜拉桥主体结构设计与计算.施工采用单点平铰转体的施工方法,施工难度大,在平面 转盘的构造设计的基础上,进行了水平转铰的计算,研究了平面转盘的加工安装工艺和水平转体施工技术.应用自适应控制理论对施工进行监控,转体施工 过程中及转体后合拢状态下的测试结果证明:主梁线形流畅,斜拉索、主梁和主塔受力合理,从而保证了绥芬河新华街立交桥的安全,也为今后同 类工程施工积累了宝贵的经验. 7.会议论文 聂玉东.齐琳.李京子 四方台大桥斜拉桥上部结构设计 2006 四方台大桥为主跨336m的五跨连续结合梁斜拉桥,本文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. 8.会议论文 邓青儿.孔德军 夷陵长江大桥三塔斜拉桥上部结构设计 2000 本文概要介绍了夷陵长江大桥三塔斜拉桥上部结构设计技术特点,并对设计中的一些特殊技术问题及所采取的相应技术措施进行了介绍. 9.学位论文 韦达洁 碳纤维拉索斜拉桥非线性分析 2005 斜拉桥是一种经济、合理、美观的桥型，是大跨度桥梁的首选桥型之一。但钢拉索自重大、易疲劳、易腐蚀，而CFRP拉索具有高强、轻质、耐腐蚀 和耐疲劳等优点。所以采用CFRP拉索将是解决钢拉索疲劳、腐蚀问题的根本途径，是提高斜拉桥跨越能力的途径之一。本文基于结构非线性分析理论 ，研究了CFRP拉索斜拉桥的受力特性，主要完成了以下工作： (1)本文的研究要点是斜拉桥的非线性受力特性及其极限承载能力。对斜拉桥进行极限承载力分析，国内外学者已经进行了一些理论和试验的研究工 作，但迄今为止还没有一个简单、易于操作的方法。针对目前常用的有限元程序在斜拉桥几何、材料双重非线性分析方面显得无能为力的问题，结合结 构非线性分析理论，本文开发了适合用来对桥梁结构进行非线性分析和极限承载力分析的有限元程序。在几何非线性方面，可以考虑垂度效应、梁柱效 应和大位移效应，在材料非线性方面，可以考虑混凝土、普通钢筋和预应力钢筋的非线性特性。(2)以湖北省巴东长江大桥为背景，分别对钢拉索斜拉桥 和CFRP拉索斜拉桥进行了几何非线性计算，分析了各非线性因素的影响量；对两种斜拉桥的几何非线性受力特性和温度效应进行了对比分析，探讨了 CFRP拉索斜拉桥的受力特点。 (3)以湖北省孝南桥为背景，分别对钢拉索斜拉桥和CFRP拉索斜拉桥的极限承载力进行了计算，得出了孝南桥的面内整体安全系数为3.76；分析了各 非线性因素对极限承载力的影响，比较了钢拉索斜拉桥和CFRP拉索斜拉桥在受力过程中的不同结构反应。 10.期刊论文 卫俊.WEI Jun 重庆涪陵李渡长江大桥斜拉桥结构设计 -人民长江2009,40(5) 李渡长江大桥正桥是一座主跨398 m的双塔双索面预应力混凝土斜拉桥,跨度布置为170 m+398 m+170 m,桥面宽度25.1 m.主塔采用"H"型塔,下部是整 体箱形塔墩;上部为花瓶状钢筋混凝土塔架,上、下两道横梁将两根塔柱联成整体.主梁采用预应力混凝土边主梁结构,为了可靠地传递横向荷载,主梁每隔 一定间距设1道横梁,横梁厚0.3 m,标准节段设2道横梁.锚跨斜索加密区段每个索距设一道横梁.横隔板厚0.3 m,与纵肋同高.主梁采用纵、横双向预应力 体系. 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_3520432.aspx 下载时间：2010年5月10日