《探究太原市机场路祥云桥主桥总体设计[上海公路]》由会员分享，可在线阅读，更多相关《探究太原市机场路祥云桥主桥总体设计[上海公路]（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 太原市机场路祥 云桥 主桥 总体设计 王 文 斌 同济大学建筑设计研究院 集团 有限公司 上海2 0 0 0 9 2 摘要 太原市祥云桥主桥 采用空间异形钢塔柱独塔斜拉桥 建筑造型优美 结 构设 计复杂 桥梁 总体设计 从桥梁建筑造 型分析 桥梁合理跨径布置 主梁钢 混结合段位 置选取 辅助墩的设置 与否 塔 梁连接形 式选择 斜拉索 布置等方 面进行 了周全 的设计 是 建筑设计 与结构设计较好融合 的典型案例 桥梁于 2 0 1 0年 7月通车运营 根据静 动载试验 其 测试结果与桥梁设计 计算结果相 符 满足设计标准 符合规范要求 桥梁结构性 能 良好 安全可靠 关键 词 斜拉桥 钢塔
2、柱 混合梁 桥梁设计 l 工程概 况 太原市祥云桥西起汾河西岸的新晋祠路 东接汾 河东岸的机场路 是太原市机场路跨越汾河的重要桥 梁结构 口 也 是从 机场进 入市 区看 到 的一 座 景观 桥梁 工程全长 1 4 9 k m 该桥建设初期名为 火炬桥 后更 名为 祥 云桥 祥 云 桥 成 桥 照 片见 图 1 祥 云 桥 主 桥 的桥梁结 构为单 塔混合 梁斜拉 桥 桥梁标 准宽度 为 5 O 6 m 含风嘴 为双 向 8车道 设 计车 速为 6 0 k m h 全长 2 4 8 5 9 0 m 主跨长 1 5 5 m 主梁采用大悬臂钢箱 梁断面 边跨长 9 3 5 9 m 主梁采用单箱 4
3、室大悬臂混 凝土 箱梁 断面 该桥 桥塔 由 3根空 间 曲线 的钢 塔柱 构 成 桥塔全高 i 0 0 5 m 全桥共设 1 3对斜拉索 主跨 侧为双索面布置 边跨侧为单索 面布置 该桥桥梁基 础 为钻孑 L 桩 混凝 土承 台的形 式 圈 1 祥 云桥成桥 照片 2 主桥 总体 布置 主桥采用空间异形三柱独塔混合梁斜 拉桥 跨径 收 稿 日期 2 O 1 3 一 O 2 2 1 3 0 善踢么咯 N o 2 2 0 1 3 组合 3 6 5 9 5 7 1 5 5 2 4 8 5 9 m 过渡墩和辅助墩采 用双柱式混凝土桥墩 全桥共 1 3 对斜拉索 斜拉索通 过钢锚箱与钢箱梁连接 边跨斜
4、拉索采用单索面锚固 在中塔柱 主跨斜拉索采用双索面锚 固在边塔柱 塔 梁之间采用支座连接 并在中塔柱位置设置固定支座 其余位置为滑动支座 桥梁总体布置见图 2 桥址位 于 8度烈度区域 为了节约投资 改善桥梁在地震情况 下的受力性能 桥梁采用减隔震支座体系 以改善桥梁 结 构 的抗 震性 能 桥塔 由三根塔柱组成 空间呈火炬状造型 桥塔全 高 1 0 0 5 m 三根塔柱之间由 2 O道空间水平联结系 构成的稳定三角结构体系连接 使三根塔柱共同受力 主梁以上部分 的桥塔采用钢结构 在梁底以下 的部分 为混凝 土塔柱 塔柱 立 面见 图 3 主跨为扁平 钢箱梁 梁段 间采 用栓 焊连接 梁高 3
5、 5 m 外 轮 廓 全 宽 5 O 6 0 m 含 风 嘴 底 板 宽 2 9 0 m 主梁边腹板为斜腹板 腹板在顶板处 间距约 为 3 4 4 m 斜腹板外为悬臂 悬臂段长度约为 7 8 m 钢箱梁底面设置检修挂钩 以便于后期维护 边跨混 凝土主梁外形与主跨钢梁一致 采用单箱四室截面 外 侧设约 7 8 m 的悬臂 梁高 3 4 8 m 由于铺装厚度不 同 与钢箱梁错台 2 0 mm 全宽 5 0 5 3 9 m 混凝土主 梁纵向设置预应力 横隔板及横梁设置横向预应力 桥 梁断 面见 图 4 主桥基 础均 采用 钻 孔 桩 承 台基 础形 式 承 台 间 均用系梁连接 以确保在地基土层液化
6、时 基础间能协 同工作 对于 P I 5墩的三个塔柱基础 系梁还需要平 衡塔柱之间的水平力 承台之上布置桥墩及混凝土塔 柱 P I 3 P I 4 P I 6墩 采 用 D1 5 m 钻孑 L 桩 共 4 4根 基础平面布置 壹 藿 口 C 乡 下 r 善 蒙 蔓 0 鲞 一 桥 梁 中 心 线 醒 一 旦l拿 j 图 5 基 础 平 面 布 置 3主 桥 总体 设 计 对 于不 同于一般独 塔斜 拉桥 的结构 选 择合 理 的受力体系来保证结构的合理性 安全性 使结构 与 建筑创 意 造 型很 好 的融 合 是 设计 成 败 的关 键L 2 本桥 索塔 是 空 间 曲线 的造 型 采 用 钢
7、 结 构 比较 合 理 在 主梁 以下 部 分 采 用 混 凝 土 结 构 并 设 置 钢 混 结合 段 4 3 1 跨径 布置 根据建筑造型设计 边 中跨 比宜在 0 6左右 边跨 与塔柱高度的比值 约为 1 0 如此布置 比较协调 从 结构受力来说 若采用对称的跨径布置 由于活载的影 堡河 西 路 辛 交 响 主梁跨 中及塔顶的位移很大 结构刚度不足 会引 起塔柱较大的疲劳应力幅 5 导致塔柱尺寸偏大 结构 显得笨重 不对称跨径布置 边跨采用混凝土结构 并 设置一个辅助墩 提高了边跨的锚固效率 提高了结构 的总体刚度 大大减小塔柱的应力幅 塔柱尺寸相对合 理 比较 协调 3 1 1 主梁
8、钢混 结合面 位置 主梁选择 了钢混组合梁 选取合理的钢混结合面 位 置则是 优化 该结构 受力 的主要 内容 设计 中对 可能 的 4个钢混结合面位置进行了 比较 选择合理的位置 见 图 6 2 4 8 5 9 0 滨河东路 3 2 上踢么垂 龟N o 2 2 0 1 3 图 6混凝土梁长度比选 L 1 3 1 0 m 边跨 混凝 土压 重 太少 支座 受 拉 需 要额外压重来克服上拔力 不经济 L 2 4 8 5 I T I 不 再 需 要 额 外 压 重 但 是 钢 混 结 合 段 和斜 拉索 锚 固构造 在一 定范 围 内交织 构 造较 复 杂 构 造处 理 困难 受力不 利 L 3
9、7 0 8 1 T I 支 座 压 力 储 备 稍 大 且 钢 混 结 合 段 和 斜拉 索锚 固构 造相 互独 立 构 造 简单 受力 合理 L 4 1 1 5 0 m 结 构质 量 太 大 抗 震设 计 不 利 该 桥 采用 塔梁 分离 的结 构形 式 若 塔 区采用 混凝 土 主 梁 则 构造 处理 比较 困难 设计 最 终采 用 L 3 7 0 8 r n的方案 将 主梁 钢 混 结 合 面的位 置设 在边 跨无 索 区 3 1 2辅助 墩设 置 三 根塔 柱 到 边 墩 的距 离 为 9 3 5 9 m 是 否 在 这 中 间设 置 辅助 墩 以获 取更 大 的结 构 刚 度 在 设
10、 计 早 期 是个 需要 讨 论 的 问题 通 过计 算 边 跨 布 置 辅 助 墩 可 以提高结 构 的 刚度 减 小塔 柱 的顺桥 向位 移 幅度 从 而 有效 的降低结构的应力幅 改善结构的抗疲劳性能 且 改 善 了桥面 行 车 的平 顺 总体 上 简 化 了结 构设 计 节 约了造价 提高了桥梁 的运营质量 也为延长桥梁使用 寿命提供 了条件 尤其是该桥桥塔设计复杂 钢结构 应力较大 降低塔柱钢结构应力幅 改善结构的抗疲劳 性 能尤 为重 要 通过 分 析 比选 最 终在 距 离 边 墩 3 7 m 处设 置 了辅 助墩 6 3 2塔 梁连 接 形式 祥 云 桥 的桥 面 宽 度 为
11、5 0 m 桥 塔 由三 根 塔 柱 构 成 研究 塔梁 之 间的关 系 以保证 受力 合 理 造 型 协 调 通 过空 间上 的多 种 布 置 形式 的 比较 将 2根 边 塔 柱 放 在机 动 车道 外侧 中塔 柱放 在 中央分 隔带 内 这样 保 证 机动车的直线行驶 非机动车道和人行道从边塔柱的 外侧 绕过 在此 基 础上 比较 塔 梁 之 间的 连 接 方式 塔 梁 通 过 支 座连接 塔 梁全 固接 1 支座 连接 方案 需 要设 置支 座 塔 身 混凝 土 段 可 以放 在 梁 底 以下 结 构 重 量 小 基础 规 模 相 应较 小 混凝 土 收 缩 徐 变 及 温度 影 响
12、小 结构 质 量 小 抗 震 有 利 地 震 时可 以通 过支 座体 系耗 能 达 到抗 震设 防的 目 的 7 施工 相对 简单 施 工质 量容 易保证 2 塔梁全固接方案 需要大量混凝土 并且主塔 的混凝土段要延伸到桥面以上 增加太多混凝土 导致 基础规模增大 塔身混凝土截面偏小 受力不利 混凝 土 收 缩 徐 变 及 温 度 影 响 较 大 结 构 质 量 大 抗 震 不 利 地 震 时结 构 刚 度 大 导致 地 震 响应 较 大 对 基 础 设 计不利 施工相对复杂 大体积混凝土的浇注质量不易 保证 结构角隅较多 后期裂缝不易控制 设计最终选 择 了塔 梁通 过支 座连 接 3 3
13、斜拉 索布 置 祥云桥主跨采用钢箱梁 边跨采用混凝土箱梁 桥 塔为三根塔柱 中塔柱采用单索面 边塔柱采用双索面 比较合适 对于主梁 主跨双索面一边跨单索面 主跨 单索面一边跨双索面两种布置形式进行比选 1 主跨单索面一边跨双索面 主跨跨度较大 采 用 单索 面 活载横 向偏 载对结 构 影响大 边跨采用混凝土 双索 面布置使横梁设计 比较容 易 但在边腹板底部设 置斜拉索锚块比较繁琐 也会 影 响结 构外 立面 的效果 2 主跨双索面一边跨单索面 主跨采用双索面 可以有效降低活载偏载的不利影响 同时斜拉索锚 固 在 钢梁 的边 腹板 的构 造很 成 熟 边 跨 采 用 混凝 土单 索 面布置使
14、横梁设计 比较复杂 但是在 中腹板上设置斜 拉 索锚 固 比较 简单 由 于辅 助 墩 过 渡 墩设 置 有 双 支 座 且跨 径 比较小 可 降低 活载偏 载 的影响 最终采用了 主跨双索面一边跨单索面 布置 鉴 于混凝土边跨单索面的索力 比较大 设计 中采用 了 2 根 横 向间距 0 5 I 1 平 行索 4荷载 试 验 太原 市 机场路 火炬 桥道 路及 桥梁 工程荷 载 试验 准 备 工作 于 2 0 1 0年 9月 2 7日开始 荷载 试验 截止 1 O月 1 6日结束 4 1 主 桥静 载试 验 结论 1 在试验荷载作用下 主梁受力状况 良好 实测 主梁顶 底板应力与理论计算值吻
15、合较好 混凝土梁应 力 校验 系数 在 0 5 8 O 8 9 之 间 钢箱 梁应力 校 验 系数 在 0 6 8 0 9 7之间 荷载试验过程中实测残余应变 较 小 说 明 主梁在试 验 荷载下 处 于弹性 受力状 态 2 在试验荷载作用下 实测主梁挠度与理论计算 值吻合较好 混凝土梁挠度校验系数在 0 6 2 O 8 9之 间 钢箱 梁 挠 度 校 验 系 数 在 0 8 1 0 8 9之 问 实 测 1 5 5 m跨钢箱梁挠度最大值为 1 1 9 0 mm 将该测试挠 度值换算为设计荷载时的挠度值为 1 4 0 0 mm 挠跨 比 f L为 1 1 1 0 7 比 规 范 限 值 1 4
16、 0 0 1 5 5 0 0 0 4 0 0 1 3 8 8 要 求 小得 多 3 在对 称荷 载 作 用 下 结 构 具 有 良好 的对 称性 N o 2 2 0 1 3上冯么娩 3 3 在偏载荷载作用下 实测横 向偏载增大系数与理论计 算结果较为接近 横 向工作性能满足设计要求 4 实测塔柱应力均小于理论计算值 应力校验系 数 在 0 6 7 0 9 6之 间 与 恒 载应 力 叠加 后 主 塔 控制 断 面应 力在 一5 1 0 2 一1 0 4 8 3 MP a 处于全 断面受压 状 态 连 接 系 控 制 断 面应 力 在 一9 7 4 0 7 9 5 1 MP a 应力水平合理 且荷载试验过程中实测残余应变较小 测试结果表明 主塔处于弹性工作状态 强度满足设计 要 求 5 在试验荷载作用下 实测塔顶变位与理论计算 值 吻合 得较 好 校 验 系 数 为 1 0 0 试 验 过 程 中 未 测 出 明显的残余变形 试验荷载作用下桥塔处于弹性工作 状态 桥塔刚度满足设计要求 4 2 主桥 动载试 验 结论 1 实 测 祥 云 桥 主 桥 一 阶 竖 向 弯 曲振 动 频 率 为
