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1、1独塔斜拉桥独塔斜拉桥 横向背索独塔横向背索独塔 单索面曲线地铁斜拉桥设单索面曲线地铁斜拉桥设 计计都市快轨交通都市快轨交通第第 22 卷第卷第 2 期期 2009 年年 4 月月土建技术土建技术横向背索独塔单索面横向背索独塔单索面曲线地铁斜拉桥设计曲线地铁斜拉桥设计刘乐天刘乐天(北京城建设计研究总院北京城建设计研究总院 北京北京 100037)摘摘 要要 南京地铁南京地铁 2 号线跨仙林大道斜拉桥为国内首座号线跨仙林大道斜拉桥为国内首座采用单索面的曲线地铁斜拉桥采用单索面的曲线地铁斜拉桥,以其为工程背景以其为工程背景,介绍该桥的介绍该桥的景观设计、结构设计及施工方案景观设计、结构设计及施工方
2、案,阐述该桥与常规单索面直阐述该桥与常规单索面直线斜拉桥的不同之处及其技术难点线斜拉桥的不同之处及其技术难点,为类似桥梁的设计提供为类似桥梁的设计提供参考。参考。关键词关键词 南京地铁南京地铁 2 号线号线 地铁桥梁地铁桥梁 曲线斜拉桥曲线斜拉桥 独独塔塔 单索面单索面 横向背索横向背索22.1 钻石形塔钻石形塔该方案采用钻石形主塔该方案采用钻石形主塔(见图见图 2),优点是主塔横向刚度较大优点是主塔横向刚度较大,结构受力较好结构受力较好;缺点是为满足限界要求缺点是为满足限界要求,主塔立柱需要较大的主塔立柱需要较大的横向间距横向间距,从而导致主墩横向体量较大从而导致主墩横向体量较大,景观较差。
3、景观较差。2.2H,1 工程概况工程概况南京地东延大道南京地东延大道,考虑到该处景观上的重要性考虑到该处景观上的重要性,桥梁结构形桥梁结构形式采用式采用 75+100(m)独塔单索面预应力混独塔单索面预应力混凝土曲线斜拉桥。桥位处凝土曲线斜拉桥。桥位处,线路左右线半径分别为线路左右线半径分别为 417m和和 408m,线间距线间距 6.5978.754m。本桥为国内第一座。本桥为国内第一座单索面曲线地铁斜拉桥单索面曲线地铁斜拉桥,主塔横向设置背索也是首次采用主塔横向设置背索也是首次采用(见图见图 1)。2 景观设计景观设计从景观角度来讲从景观角度来讲,在斜拉桥的各构件中在斜拉桥的各构件中,桥塔
4、是最重要也是桥塔是最重要也是造型最富于变化的部分造型最富于变化的部分,而简洁又美观的桥塔常被视为比较优美的形式而简洁又美观的桥塔常被视为比较优美的形式,因此桥塔因此桥塔是本桥景观设计的重点。桥塔主要几个方案如下。是本桥景观设计的重点。桥塔主要几个方案如下。收稿日期收稿日期:2008210222作者简介作者简介:刘乐天刘乐天,男男,硕士研究生硕士研究生,从事轨道交通及公路市从事轨道交通及公路市政桥梁政桥梁设计设计,3图图 1 桥型布置图桥型布置图(单位单位:mm)图图 3 主塔采用常规的矩形断面主塔采用常规的矩形断面,为减小拉索水平径向分力为减小拉索水平径向分力对主塔产生的不利影响对主塔产生的不
5、利影响,塔向主梁平曲线外侧向倾斜塔向主梁平曲线外侧向倾斜 7,同时同时主塔主塔图图 2 钻石形塔钻石形塔90URBANRAPIDRAILTRANSIT横向背索独塔单索面曲线地铁斜拉桥设计横向背索独塔单索面曲线地铁斜拉桥设计在主梁平曲线外侧向设置横向背索在主梁平曲线外侧向设置横向背索,背索锚于圆柱形锚墩背索锚于圆柱形锚墩上。上。与图与图 3 不同的是不同的是,图图 4 矩形主塔塔身设置凹槽矩形主塔塔身设置凹槽,并加大四边并加大四边抹角抹角,锚墩也采用变截面大抹角的矩形截面与之呼应。通过锚墩也采用变截面大抹角的矩形截面与之呼应。通过以上处理以上处理,整个结构显得遒劲有力整个结构显得遒劲有力,给给人
6、一种蓬勃向上的感觉。人一种蓬勃向上的感觉。图图 7 列车荷载计算图式列车荷载计算图式(长度单位长度单位:m,轴重单位轴重单位:kN)(3)无缝线路的纵向力无缝线路的纵向力:斜拉桥段为短轨斜拉桥段为短轨,不考虑不考虑无缝线路纵向力。无缝线路纵向力。(4)温度荷载温度荷载:温度梯度按现行铁路规范执行温度梯度按现行铁路规范执行;合合拢温度为拢温度为 1520;体系温差体系温差20,索梁温差索梁温差15,塔身塔身日照温差日照温差5。(5)支座沉降支座沉降:各墩基础差异沉降各墩基础差异沉降 30mm。(6)结构抗震烈度结构抗震烈度:7 度。度。(7)风荷载风荷载:基本风压基本风压 0.55kPa。该方案
7、优点是塔型简洁大方该方案优点是塔型简洁大方,缺点矩形塔稍显单调缺点矩形塔稍显单调,另外斜另外斜4塔施工难度较大塔施工难度较大,倾斜主塔给人以不稳定感。倾斜主塔给人以不稳定感。2.3 仙鹤形主塔仙鹤形主塔本桥位于仙林区仙鹤门附近本桥位于仙林区仙鹤门附近,仙林区位于风景秀丽的紫金仙林区位于风景秀丽的紫金山东麓山东麓,历史文化底蕴深厚历史文化底蕴深厚,仙鹤门又是一个美丽而有诗意名仙鹤门又是一个美丽而有诗意名字字,几朝几代中几朝几代中,墙墙,在此设门形似仙鹤在此设门形似仙鹤,但过于直接但过于直接,列车通过列车通过时有压抑感时有压抑感,背索采用刚性索背索采用刚性索,施工难度大施工难度大,节点构造复杂。仙
8、节点构造复杂。仙鹤形主塔方案鹤形主塔方案 2 与方案与方案 1 相比外形简洁流畅相比外形简洁流畅,给人更多的想给人更多的想像空间像空间,施工难度相对方案施工难度相对方案 1 小小,背索采用柔性索背索采用柔性索,受力比较明受力比较明确确(见图见图 5图图 6)。3.2 主梁主梁,因此主梁采用因此主梁采用 2.6m,主塔主塔 3.69813.854m,单单 3,50cm,中腹中腹板厚度为板厚度为 40cm,顶顶 26cm,边墩及主塔两侧一定区域边腹板及边墩及主塔两侧一定区域边腹板及顶底板加厚顶底板加厚;全桥共设全桥共设 21 道中隔板道中隔板,厚度为厚度为 55cm,主梁纵向顶主梁纵向顶底板及腹板
9、内均配有预应力钢绞线底板及腹板内均配有预应力钢绞线,横梁内配有两层钢绞线。横梁内配有两层钢绞线。边跨主梁内设压重混凝土边跨主梁内设压重混凝土,与主跨及边跨相邻标准梁压在主与主跨及边跨相邻标准梁压在主梁上梁上(见图见图 8)。图图 8 主梁标准断面图主梁标准断面图3.3 斜拉索斜拉索斜拉索采用直径为斜拉索采用直径为综上所述综上所述,桥塔最终选定仙鹤形主塔方案桥塔最终选定仙鹤形主塔方案 2。 “鹤鸣于九皋鹤鸣于九皋,5声闻于野声闻于野”,该桥建成之后必将成为南京地铁甚至国内地铁的该桥建成之后必将成为南京地铁甚至国内地铁的一大亮点。一大亮点。性能及拉索寿命性能及拉索寿命,采用采用 PESFD 护套防
10、护。锚具采用冷铸锚护套防护。锚具采用冷铸锚,拉拉索锚头端要设防护罩及防水罩。索锚头端要设防护罩及防水罩。纵向拉索主跨主梁上锚点间距为纵向拉索主跨主梁上锚点间距为 8m,边跨锚点最大间距边跨锚点最大间距7m,最小最小 5m。纵向拉索共有。纵向拉索共有 241、283、301 丝丝3 种型号种型号,成桥索力最小成桥索力最小 3440kN,最大最大 6940kN。横。横3 结构设计结构设计3.1 主要技术标准主要技术标准(1)二期恒载二期恒载:双线桥二期恒载双线桥二期恒载 7078kN/m。(2)列车荷载列车荷载:共共 6 辆辆,只显示只显示 3 辆辆(见图见图 7),列车列车向拉索一端锚于主塔内壁
11、向拉索一端锚于主塔内壁,另一端锚于锚墩内另一端锚于锚墩内,拉索拉索283 丝丝,成桥索力成桥索力 6840kN。冲击系数按现行地铁规范执行冲击系数按现行地铁规范执行。3.4 主塔主塔主塔桥面以上塔高主塔桥面以上塔高 53m,塔柱采用异形空心矩形截塔柱采用异形空心矩形截URBANRAPIDRAILTRANSIT91都市快轨交通都市快轨交通第第 22 卷第卷第 2 期期 2009 年年 4 月月面面,塔柱顺桥向尺寸为塔柱顺桥向尺寸为 5.48.7m,顺桥向一侧塔壁为直线顺桥向一侧塔壁为直线形形,另一侧顶部另一侧顶部 30m 范围为直线段范围为直线段,塔根以上塔根以上 23m 范围为圆范围为圆6曲线
12、。横桥向外形成阶梯状曲线。横桥向外形成阶梯状(见图见图 9),大里程一侧尺寸为大里程一侧尺寸为 3.2m,小里程一侧尺寸为小里程一侧尺寸为 4.0m。在拉索。在拉索锚固范围配有直径锚固范围配有直径32mm 的预应力精轧螺的预应力精轧螺(张拉次序张拉次序S01,M01,S02,M02M09,B1,B2,S10,M10,S11,M11);拆除支拆除支架架;铺轨、安装其他桥面附铺轨、安装其他桥面附属设施。属设施。(2)拉索编号原则拉索编号原则:边跨从主塔向边墩拉索编号依边跨从主塔向边墩拉索编号依次为次为 S01S11,主跨从主塔向边墩拉索编号依次为主跨从主塔向边墩拉索编号依次为 M01M11,横向背
13、索编号横向背索编号 B1、B2。由于主塔顺桥向尺寸不能。由于主塔顺桥向尺寸不能满足两侧拉索同时对称张拉的空间要求满足两侧拉索同时对称张拉的空间要求,因此本桥从主塔因此本桥从主塔向两边墩依次先张拉某边跨侧拉索向两边墩依次先张拉某边跨侧拉索,然后张拉主跨侧对应拉然后张拉主跨侧对应拉索索,直至所有拉索张拉完毕。直至所有拉索张拉完毕。2)运营阶段计算运营阶段计算纹钢筋纹钢筋,在塔根部横桥向外侧配有沿塔身方向的预应力钢在塔根部横桥向外侧配有沿塔身方向的预应力钢绞线。塔根底部主塔底部设有人孔绞线。塔根底部主塔底部设有人孔,塔内设置爬梯。塔内设置爬梯。图图 9 主塔标准断面图主塔标准断面图在上述施工过程得到
14、的成桥状态基础上进行运营阶段计在上述施工过程得到的成桥状态基础上进行运营阶段计算算,运营计算荷载主要包括支座沉降、活载、温度等。运营计算荷载主要包括支座沉降、活载、温度等。3)主要计算结果主要计算结果3.5 主墩及锚墩主墩及锚墩7主墩采用矩形实心截面主墩采用矩形实心截面,顺桥向尺寸为顺桥向尺寸为 78.7m,横向尺寸横向尺寸为为 5m,墩高为墩高为 7.4m。锚固横向背索的锚墩采用锚固横向背索的锚墩采用 1.5m3.5m 的矩形实心断面的矩形实心断面,一一端与横梁主梁连接端与横梁主梁连接,另一端与承台连接另一端与承台连接,墩内配置预应力钢绞墩内配置预应力钢绞线平衡背索索力。线平衡背索索力。主梁
15、主力荷载组合下最小压应力储备为主梁主力荷载组合下最小压应力储备为2.2MPa,12.9MPa。主。主 1.65mm,挠跨比为挠跨比为/1 表表 1 振型表振型表阶次阶次123456789103.6 边墩边墩,面面,尺寸为尺寸为 1.6m,尺寸尺寸 1.3m2.0m 设计规范的要求。铺轨设计规范的要求。铺轨后其他二期荷载及徐变引起的主梁下挠后其他二期荷载及徐变引起的主梁下挠 68mm,小于轨道专小于轨道专业要求的业要求的 70mm。铺轨后主梁最大径向位移。铺轨后主梁最大径向位移 2.5mm,小于轨小于轨道专业要求的道专业要求的 10mm。频率频率(Hz)0.9111.4171.9342.0922
16、.7843.1224.1224.2315.3136.083振型特点主塔横向弯曲主梁面内竖向弯曲主塔顺桥向弯振型特点主塔横向弯曲主梁面内竖向弯曲主塔顺桥向弯曲主梁横向弯曲主梁横向弯曲主塔顺桥向弯曲主梁扭转主曲主梁横向弯曲主梁横向弯曲主塔顺桥向弯曲主梁扭转主梁面内竖向弯曲主梁面内竖向弯曲主梁扭转梁面内竖向弯曲主梁面内竖向弯曲主梁扭转3.7 承台及基础承台及基础主墩基础采用群桩基础主墩基础采用群桩基础,共共 16 根钻孔灌注桩根钻孔灌注桩,呈呈844 行列式布置行列式布置,桩径为桩径为 2.0m,桩长为桩长为 64m,桩承台桩承台尺寸尺寸 19.4m18.2m5.2m。主墩中心线横向相对于承台中。主墩中心线横向相对于承台中心向圆心内侧偏移为心向圆心内侧偏移为 1.2m。边墩基础采用边墩基础采用 4 根钻孔灌注桩根钻孔灌注桩,呈呈 22 行列式布置行列式布置,桩径为桩径为1.
