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1、重庆大宁河净跨径 400 米的上承式钢桁架拱桥设彭元诚和黄古剑 武汉第二高速公路顾问有限公司王文君和范美军 华中科技大学土木工程与力学学院科技、武汉,中国摘要：大宁河大桥是重庆市巫山-奉节高速公路段最复杂的工程。这是一个大跨度无铰链的上承式钢桁架拱桥。主要的钢桁架拱净跨 400m 且由电缆起重机和斜拉桥体系修建而成。本文主要研究这座桥的设计和基本技术特点。1 引言 大宁河大桥（图 1）位于重庆市巫山县巫峡镇白水村，其属于国家重点公路段杭州至兰州线重庆市巫山到奉节路段。它横跨大宁河和山坡两侧之间。大桥所在位置为结构性腐蚀，裸露和深山谷斜地形，其相对高差为 228 米。具有较大的开凿深度和严重的地
2、形起伏，以至于在巫山奉节高速公路建设项目中，它是最大的桥梁工程，其所在的地形地貌最复杂，最坚固，。而且还是小型施工现场，交通条件差，施工难度极大。 图 1：大宁河大桥的全景图桥址位于亚热带湿润区。在这个区域的平均气温连续多年为 18.4，极端最高气温为 43.1（7 月），极端最低气温为-9.2（一月），月平均最高气温为 29.5，月平均最低气温为 2.2。年平均降水量多年的 1049.3 毫米，年最大降雨量 1356.0 毫米，最大日降雨量为 199.0 毫米。平均无霜期为 305 天，最长无霜期为 335 天，最短无霜期为 275 天。全年主导风向为北风，最大瞬时风速为 24.7 米/秒。
3、该桥位于著名的风景名胜区长江小三峡景区，它是沿三峡库区高速公路上最壮观的桥梁，同时也将是长江小三峡景区美丽的人文景观。主要技术标准：（1）四车道高速公路大型桥梁;（2）设计车速：80 公里/小时;（3）桥面宽度：24.5 米;（4）负载标准车辆荷载：公路一级地震作用：地震动 0.05 克峰值加速度。2 主桥的设计大宁河大桥主桥为净跨径 400 米的上承式钢桁架拱桥，有固定拱座和无铰拱系统（桥如图 2 所示的布局）。在中国或国外（灿辉赵安志翔周 2006;未名盖和味辛任 2008;灿辉赵 2007）都还没有太多的大跨度钢拱桥。在现有的桥梁中有 16 座桥梁的跨度超过 300 米，最长的一座桥梁是
4、 1977 年修建于美国，其跨度为 518m。而大宁河大桥跨度是 408.6 米，净跨度为 400m，其跨度排名世界第二，中国第一。根据跨度，世界上的钢桁架拱桥可划为以下所列出的类型(表 1)。 桥的主拱肋采用具有 10m 的相同桁架的高度的三块桁架结构， 上、下弦杆桁架采用箱形断面；腹杆（连接平行和适于工字型横截面）利用悬臂升降和斜拉系统，使用悬臂升降和斜拉系统。拱柱采用钢弯曲结构，在横向上的 3 个拱柱对应于 3 个桁架并且安装在横向方向交叉处以提高柱的稳定性。拱柱的纵节距是 27 米和柱采用钢箱结构。甲板车道采用钢 - 混凝土组合连续梁，具有 1627 米跨度和被放置在混凝土盖板顶上的
5、9 厘米沥青混凝土。图 2:桥的布局图2.1 拱座 主桥（如图 3 所示）的拱座采用单片钢筋混凝土结构和底侧被设计成阶梯状，因此它有利于拱座和地基之间的力的传递;在拱座前方设置 3 个桩作为在横向方向的垂直支持，位置对应于拱肋，所以它能够提高拱座前缘的应力在和边坡的稳定性，同时也可以保证拱座地基的安全;在拱座的后缘处安装 3 个倾斜度为10 的抗压桩，所以可以提高该拱座基础抵抗横向力的能力，并降低的拱座的位移;约旦河西岸拱座地基的某些部分风化严重，岩体比较零散，对拱座的对应于接口桩的位置奠定了地基底部添加 3 个垂直桩，因此它可以提高地基对的承载能力。垂直支撑桩和抗压桩分别位于拱座的两侧，两侧
6、选择弱风化岩石作为承载层。图 3：拱座构造图两侧拱座基抗的地质条件差，所以在地基底部到拱座基础 2m 距离的部分增加了水泥涂盖物和加固物，并增强 10m 的深度。2.2 主拱肋主拱肋（如图 4 所示）采用该桁架结构，钢桁架的高度是相同的，桁架的高度为 10m（上下弦的中心线之间），在横向方向它被分成 3 个拱肋，拱肋的间隔是通过计算和优化为 10 米确定。拱肋的上下弦采用相同的钢箱截面（带有纵向加劲杆），其高度为 1.5 米，宽度为 1.0 米。钢桁架拱肋段划分是由起重量控制的，从拱座到拱顶分为 9 段，全桥共有 54 段，部分最大起重量是 160 吨。钢桁拱肋上下弦杆的壁厚从拱顶到拱座是渐进
7、性增厚，增厚范围 3048 毫米。节点是稳健型铰链。 拱肋腹杆可以是龙骨或钢套箱。波动连接和横向混合的部件是龙骨。钢板的厚度为 12mm20mm。部件和固体型铰链用于对焊接。图 4:桁架拱的结构2.3 拱上柱弓上柱的桥墩采用钢排架结构，三处横方向与拱肋对应。支柱采用箱型，根据稳定性的需要，桥的纵向方向尺寸为 1.70.9 米和横向上是 1.0 米。柱 LZ1LZ6，LZ10LZ15 柱间距设置交叉扶手，以提高横向稳定性。柱的板坯为16mm（带有轴向加劲肋）。2.4 桥路车道桥梁道路的车道采用钢 - 混凝土组合梁（如图 5 所示），这是多跨连续梁，跨度为 27m，复合焊接钢工字梁的深度为 1.7
8、 米，该上翼片的厚度为 16mm 和下翼的厚度为 26 毫米。由于下部翼板坯处于压缩的支持点，增加建筑式钢板弯曲的能力。钢工字型梁杆的厚度为 16mm，添加一个垂直加劲肋的横梁的间隔为 2.25米和增加钢的横向横梁为 6.75 米的间隔。钢筋混凝土桥面板预先制成，采用12cm 的厚度。吊装后，钢纤维混凝土桥梁板和湿接头通过装箱的方式形成一个整体，增强使用湿接头的剪力钉连接器布局的钢梁和钢筋混凝土桥梁板形成的组合梁。大头钉的间距取决于切变的数目。混凝土横梁在伸缩缝桥墩的末端。2.5 钢结构的涂装钢桁架拱肋，立柱和桥梁道路的纵向梁的无外壳表面采用喷漆敷料以保证长效防腐作用。防腐涂装的外壳表明：表面
9、清洁处理以获得无油，干燥，其中去除锈皮和爆破的规模为 Sa2.5 级，无机富锌底漆 80um，氟树脂面漆 2 度35+35um，所以总的干膜的厚度为 290um。图 5:桥路的多跨连续摘要复合梁3 技术特点3.1 国内桁拱桥中最大的超长跨度上承式钢桁拱桥在所有的上承式钢桁拱桥中，主跨 400m 的大宁河大桥在世界同类型桥梁中排在美国新河峡大桥（主跨 518 米）之后，为世界第二，中国第一。3.2 大型复杂桥台地基基台基坑地质条件复杂，存在不同程度的薄弱地质问题。在东海岸（巫山岸）支座基板属于弱风化角砾岩，这意味着周围岩石的压缩模量小而变形较大;在约旦河西岸（奉节岸）的桥台的岩石有不均匀的风化度
10、，局部地区严重风化，所以承载能力低。桥台基础复杂性设计成与桩桥，桥墩，土壤相互作用机理相符合，解决了弱地质条件中支撑拱的设计挑战性。3.3 第一个全焊接超钢支撑拱桥 桥的主跨采用全焊接型，即杆和梁芯由工厂焊接和制造，副梁芯部分现场输送，抬升和焊接，以及在提升并焊接在网站上。桁架属于整个节点，外部节点用粗大的一端对接焊接和组装，现场对接焊板的最大厚度为 48 毫米，焊接变形和焊接残余应力的控制是影响拱轴线性和结构的抗疲劳性能的关键。3.4 钢混凝土组合结构的桥面系统在国内领先在国内大跨度拱桥主要采用混凝土预制梁（板），其中存在许多重大的缺点，这一点尤其适用于大跨度桥面型拱桥，过重的桥面系统，它位
11、于最高点桥结构体系不利于拱肋的力量和稳定性。该桥首先采用钢 - 混凝土多跨连续梁复杂的桥面系统，结构新颖，并显著提高拱肋和桥基的受力状态，同时，利用混凝土板直接作为桥面避免了技术问题即使用钢桥面容易损坏，从而实现了更好的整体经济效益。3.5 施工采用的大型无支架缆索吊装系统拱肋的提升和安装符合使用不锈钢线片段，这完全是水平移动单独安装的三个拱肋。大跨度（432 米），大吨位（265 吨），大段（26 米长度，10M 高度），和缆索吊装系统中的应用具有先进性和创新型。4 结论本文介绍了大宁河大桥的设计理念和结构特征。桥梁跨度，结构形式和施工难度中国的山区地方第一次遇到，因而对这些问题的考虑和处理方法是具有挑战性，探索性，并在实践中当之无愧地完善和深化。因为山区公路的蜿蜒盘曲，因此预计将有更多这种类型的桥。
