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1、江肇西江特大桥设计特点和关键技术广东省公路勘察规划设计院有限公司一、工程概况二、桥型构思三、结构设计特点四、关键技术研究五、结束语江肇西江大桥是江门至肇庆高速公路的一座特大桥 梁，在沙浦镇和永安镇之间跨越西江水道。桥梁总 长2692 m，其中主桥长886m，引桥长1806m。一、工程概况1、工程规模2、自然地理概况 桥位处江面宽约800m，水深1.421.5m，设计流 速4.2m/s，河床覆盖层厚度20m左右，基岩为灰岩 和炭质灰岩。桥址区属亚热带季风气候，年平均气 温21.823.2，多年平均降雨量1835mm，年平 均相对湿度80.6左右，多年平均台风袭击约14 次，设计基准风速31.3
2、m/s。公路等级：双向六车道高速公路，两侧各设1.5m 宽人行道； 汽车荷载：公路 I 级； 计算行车速度：100km/h； 地震动峰值加速度：0.089g； 通航标准：双孔单向通航净宽180m，净高22m； 船舶撞击作用：船舶等级3000t海轮，横桥向撞击作用标准值19600kN，纵桥向撞击作用标准值9800kN；一、工程概况3、主要工程技术标准江肇西江大桥受通航净空控制，主孔跨径不应 小于210m；同时受江堤限制，主跨不应小于三孔 ，由此形成大跨、多孔、长联和宽幅的结构特点。 在该工程条件下，连续刚构、矮塔斜拉桥和常规斜 拉桥均是可行桥型方案。由上述方案深入比选后可 知，大跨连续刚构因全寿
3、命期内长期受力性能和经 济性能相对较差，被首先排除；而对于多塔多跨结 构体系，考虑到为保证常规多塔斜拉桥中塔变形和 整体刚度，需采取特殊措施。综合比选后，主桥最 终选择受力最佳、美观经济的矮塔斜拉桥 。二、桥型构思1、桥型构思和方案比选二、桥型构思2、主桥孔跨布置和效果图（128m+3x210m+128m）四塔五跨刚构体系矮塔斜拉桥三、结构设计特点1、主梁设计要点（宽幅脊梁 ） 超宽幅：全截面宽38.3m 大挑臂：挑臂长8.15m 腹 板：边中采用差异设计 加劲肋：加强横向刚度，弱化 剪轴力滞 后浇带：弱化剪轴力滞，方便施工 小纵梁：增强偏载抗扭能力、兼为人 行道构造 小纵梁后浇带加劲肋横隔板
4、三、结构设计特点2、塔主塔为砼结构，截面为 八边形，顺桥向塔中刻深 0.1m宽0.7m的景观饰条。塔 高30.5m，截面尺寸纵桥向 5m，横桥向宽2.5m。 三、结构设计特点3、斜拉索 斜拉索采用环氧填充型钢绞线，涂层厚、无表面针孔，耐久性更佳； 塔上锚固采用分丝管构造，索间距0.8m； 梁上锚固采用锚块构造，索间距4m； 采用单索面双排索，每塔共16对； 三、结构设计特点4、主墩和基础差异设计：外侧墩-双肢，内侧墩- 单肢；在体系与防撞间取得平衡。防撞：横向1960t、纵向980t(3000t海 轮)；墩桩自身承担船舶撞击荷载。基础：纵向二排共12根D3.0群桩。双肢单肢三、结构设计特点5、
5、引桥引桥上部 结构采用30m 、35m先简支 后结构连续预 应力砼小箱梁 ，下部结构兼 顾景观与防撞 ，采用与主桥 下部相协调的 大挑臂板式墩 。四、关键技术研究1、总体布置参数塔高、塔根和中跨无索区长度等总体布置参数显著影响 结构整体受力性能，应对其敏感性进行系统分析，确定其合 理取值范围，确保结构最优受力状态。 1）塔高分析分别按四塔塔高同步变化和保持边塔不变、同步改变两 个中塔高度进行分析相应塔跨比变化见下表。模型编号123(设计方案 )45H/m25.627.630.531.633.6塔跨比 (H/L)0.1220.1310.1410.1500.160四、关键技术研究1）塔高分析四塔塔
6、高同步变化主梁应力由主梁最大正应力的变化规律可知，当塔高与跨径之 比H/L取值在0.130.14附近时，结构应力较小，受力较优 ，本桥据此拟定了塔高30.5，高跨比约1/7，体现了矮塔斜 拉桥向高塔型发展趋势。对称塔高同步变化主梁应力四、关键技术研究2）无索区长度分析中跨无索区变化时主梁应力由主梁最大正应力等关键效应的变化规律可知，当中跨无索区 长度和主跨跨径之比Lz/L取值在0.090.12范围之内时，近塔无索 区长度和主跨跨径之比Lt/L取值在0.150.17范围之内时，结构整 体受力性能较为合理，据此拟定本桥无索区长度（0.15和0.1）。近塔无索区变化时主梁应力四、关键技术研究2、拉索
7、与预应力配置比例研究将斜拉索和体内预应力配置比例定义为预应力配合比。系统研 究最优配置，可避免根据工程经验确定导致的盲目性。预应预应 力配置0.80.911.11.2平均值值体内 预应预应 力位移（cm）9.2117.9456.6935.4384.172增量差值值1.2661.2521.2551.2661.259 体外 预应预应 力位移（cm）59.0832.886.69319.4945.67增量差值值26.226.18726.18326.1826.187敏感度比值值： 1/20.8要使中跨跨中竖向位移产生相同变化，体内预应力配置数量的 调整量应为体外预应力的20.8 倍。根据敏感度比值、斜拉
8、索和钢 绞线的造价差别，再综合考虑前述无索区范围分析，拟定本桥的预 应力配合比。合理的配合比体现为高塔密索特征，提高斜拉索效率 。四、关键技术研究3、宽幅脊梁矮塔斜拉桥剪力滞研究 38.3m超宽截面、8.15m超长翼板，剪力滞效应极为突出； 不同工况、不同截面剪力滞效应特点不同；典型结果如下：无索悬臂施工无索区中间截面顶板剪 力滞系数表现为正剪力滞效应有索悬臂施工无索区中间截面顶板剪 力滞系数，因悬臂工况下索力集中力 作用，表现为负剪力滞效应四、关键技术研究3、宽幅脊梁矮塔斜拉桥剪力滞研究成桥工况跨中截面顶板剪力滞系数， 表现为正剪力滞效应成桥工况跨中截面底板剪力滞系数， 表现为正剪力滞效应宽
9、幅脊梁断面剪力滞效应显著，在不同施工阶段和不同断面其特征不同。综合而言，顶板剪力滞系数可按1.2控制；底板剪力滞系数可按1.1控制。四、关键技术研究4、斜拉索轴力滞后效应研究 轴力滞后现象明显存在，整体截面扩散角呈35度，闭口箱区域约40度，后浇带滞后三个梁段可明显弱化轴力滞后效应。 设置后浇带同时可弱化弯矩剪力滞，使结构受力更加清晰，承载以先浇主梁为主，滞后现浇带为辅。四、关键技术研究5、边中腹板不均匀性研究对于单箱三室宽幅脊梁而言，全桥荷载均通过腹板传递到横隔板进而传递到下部结构，在弯矩和扭矩耦合作用下，腹板剪力流较为复杂，结构空间受力特征非常明显。由于腹板传递比例不明确，腹板之间受力不均
10、势必存在，需对腹板受力不均性深入研究，据此拟定恰当的边、中腹板厚度。四、关键技术研究5、边中腹板不均匀性研究恒载偏载效应由后续仿 真分析获知，边中腹板 剪应力之比1.131.31 ，积分后剪力之比为 0.861.01，反向验证 边中腹板剪力不均匀性 。弯扭耦合作用下，腹板 之间受力不均匀系数为 1.3，边、中腹板按65cm 和50cm差异设计，构造 较为精当。平面计算活载偏载系数四、关键技术研究6、加劲肋桥面系受力机理研究由长翼板和加劲肋共同组成的结构体系横向受力性能较 为复杂，需深入研究，以精确指导横向配筋和配束。小纵梁后浇带加劲肋横隔板四、关键技术研究6、加劲肋桥面系受力机理研究横桥向剪力
11、滞系数横桥向剪力滞系数为1.3左右。翼板加劲能够承担大部分荷载，并对翼板提供支承，翼板类似于架设在“加劲墩”上的多点弹性支承结构，其横向受力性能得到极大改善。 四、关键技术研究7、后浇加劲肋桥面系联合受力机理研究 设置后浇带虽可弱化剪轴力滞效应，明晰结构受力机理，但因 两期砼存在收缩差异，易于在结合面附近产生收缩应力，诱生裂缝 。联合受力机理的研究即寻找延迟浇筑时域和结构受力之间的均衡 。小纵梁后浇带加劲肋横隔板四、关键技术研究7、后浇加劲肋桥面系联合受力机理研究 翼板延迟浇筑工况在收缩单项作用下，横桥向效应较小，老混凝土对新混凝土 的约束效应主要集中在纵桥向和竖桥向，而对新混凝土横桥向收 缩
12、几乎没有影响。随着翼板两侧混凝土浇筑时间间隔的增加，结合面收缩应力 有所增大，但增大幅度有限，翼板后浇带滞后三个梁段浇筑收缩 应力满足规范要求。施工进场后由后浇改为后联，更为合理。工况工况一工况二工况三工况四纵桥纵桥 向2.062.492.652.77竖桥竖桥 向1.932.352.512.62横桥桥向1.201.261.291.32结合面收缩应力最大值四、关键技术研究8、仿真分析仿真分析模型施 工 状 态 模 拟1/4全桥分析模型施工阶段分析后浇段模拟四、关键技术研究8、仿真分析仿真分析结果由上面成桥后纵向应力云图：纵向应力正常，边墩与主梁结合处存在应力集中，配筋改善 。四、关键技术研究8、
13、仿真分析仿真分析结果（有索区隔板）模 型未 设 竖 向 预 应 力设 竖 向 预 应 力 后 未设竖向预应力出现3.3MPa竖向拉应力； 设竖向预应力后，拉应力明显改善；四、关键技术研究8、仿真分析仿真分析结果（索鞍） 拉索部分水平力通过摩擦力与塔孔壁连接，孔口位置两者的连接作用较为明显，有轻微的应力集中现象，适当加强配筋完善。四、关键技术研究9、0块水化热温度场仿真分析因为砼的水化热作用，将在0块内产生复杂的温度场和应力场。 温度随厚度变化，最高温度出现于距外界最大半径处； 根据温度场分析，明确相应防裂措施；1天后温度场10天后温度场四、关键技术研究10、关键施工工艺研究合龙工序及顶推措施有
14、以下两种合龙工序：A：边跨合龙，然后次中跨顶推合龙，最后正中跨顶推合龙； B：边跨合龙，然后正中跨顶推合龙；最后次中跨顶推合龙。四、关键技术研究10、关键施工工艺研究合龙工序及顶推措施比较项 目次中跨加载消 除的位移差 (cm)压载 量 (t)顶推同步性绝对顶推 力 (t)后期内力效 果A流程3.34cm18无要求1800达到预期目 的B流程16.8cm179第二次须同 步1600达到预期目 的较优者AAAB相当A流程相对安全； B流程也行得通，但是施工风险和难度进一步增加。四、关键技术研究11、斜拉桥合理换索工艺研究斜拉索敏感度分析斜拉索敏感度，即拉索索力发生单位变化，对结构力学性 能的影响
15、程度。由此研究换索可行性和换索顺序。斜拉索对主梁竖向位移影响曲线由图可知，跨中区域斜拉索对主梁竖向位移的敏感度要高 于主塔附近斜拉索。针对敏感拉索进行换索分析可知，在不中断交通情况下， 每次只能更换一对斜拉索。四、关键技术研究12、抗风、抗震和稳定分析研究稳定 施工阶段弹性失稳模态为平面内失稳，安全系数15.1； 结构弹性失稳安全系数较高，非线性分析要求弱化；矮塔斜拉桥因桥塔柔细、主梁壁薄，作为压弯构件，在悬 臂施工和成桥运营阶段的稳定分析显得特别重要。前十阶稳定 安全系数 model-118.1 model-218.2 model-318.4 model-418.6 model-518.9
16、model-625.3 model-729.7 model-837.0 model-940.4 model-1053.7四、关键技术研究12、抗风、抗震和稳定分析研究抗风和抗震矮塔斜拉桥动力特性较接近于连续梁，振型主要由主梁刚 度控制，主塔刚度只对主塔自身振动有影响。前十阶频率(Hz)model-10.372model-20.430 model-30.462 model-40.565 model-50.679 model-60.723model-70.772 model-80.835model-90.996model-101.007 model-1:竖弯model-10:扭转扭弯频率比：1.007/0.385=2.62颤振稳定性指数1.2，结构颤振等级为1级；其 临界风速远大于检验风速，结构抗风稳定足够 安全。地震采用反应谱和时程分析，其不控制设计。颤振稳定性检算设计风速检验风速
