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1、自锚上承式悬带桥的设计与施工 吴琦瑛 (湖南省洞口县 交通局) 提要 本文叙述了我国又一新型公路桥梁自锚上承 式悬带桥的设计 与试验概况 。 并重 点介绍了该工程在无支 架无设备条件下的施工方法 。 一 、 RJl 舌 上承式悬带桥是7 0 年代国外出现 的一种新 型公路桥梁结构 。 它有别于一般的悬索桥 、 斜 拉桥 , 其主索实质上是作为结构的下弦 , 荷载 传递形式类似一般上承式拱桥 。 行车荷载由桥 面系通过立柱排架传递给主索 。 由于主索是由 混凝土包裹形成的一带状 , 形 如悬带 , 所以又 称 “ 悬带桥 ”, 国内外也有称 “ 倒悬索桥 ” 、 “ 反向吊桥 ”。 因桥面在悬带
2、上 面 , 故称 “ 上 承式悬带桥 ”。 主索的锚 固方式可分外锚 和自 锚 , 一 国外建成的实桥均为外锚 , 唯独我国淘金 大桥为自锚 , 所以称 “ 自锚上承式钢筋混凝土 悬 带桥 ”。 继美藉华人林同炎先生1972年5月首创上 承式悬带桥悬 吊跨径10 8 m的哥斯达 里 加 的柯 罗 拉多桥之 后 , 1 9 75年197了年世界上 又建成 2座 , 一座 是 东德易北河 上 的巴德 桑德桥 , 悬 吊跨径 为1 0 Om ; 另 一座是日本九州中 部地 区深谷川河上 的速日峰 桥 , 悬吊跨径 为 4 8 m 。 1979年8 月 , 湖南省交通科研所做过悬吊跨径 7om 自锚体
3、系上承式悬索桥的模型试验 ; 19 8 6 年兰州 铁道 学院 和甘肃省交通 设计 院 , 在甘肃 刘家峡黄河大桥做过悬吊跨径 1 8 0m的 设 计 方 案和模型试验 , 1988年4 月 , 湖南省交通科研 所与洞口县交通 局合作 , 在原悬索桥模型 试验 的基础 上加混凝土吊板 包裹主索 , 设计成单 孔 跨径7 0 m的自锚上 承 式悬带桥 。 该桥于 19 8 8年 5月1日破 土 动 工 , 19 8 9年1月 2 5 日建成通 车 , 并于 同年 3月2 6 2 8日对该桥进行了实桥 静 、 动载试 验 。 一 , . 落。翻丁 、 口 一 、 “ . 门王码瓦口 淘金 大桥位于
4、洞口县 古楼乡淘金村 , 距县 城1 5 km , 横跨资水支流古楼河木鱼塘峡谷 口 。 大桥总 长7 4m , 设计 单孔跨径为7 0m ,矢 跨 比1/9 , 桥高2 2 . 6m , 桥面宽 4 . 5m , 设计荷载 标 准为汽一1 5级 , 桥面跨 中设双向纵坡 2肠 , 其 全貌如照片 1所 示 。 照片1 大桥全貌 一 2 1一 淘金大桥上部构造因 地制宜选用 自锚上承 式钢筋混凝土悬带桥 , 整个上部构造由端锚 梁 、 连续T梁 、 盖梁 、 排架翔悬带组成一个比 较完整 的自锚 刚性体系 。 梁 、 柱 、 带材料均为 3 0 0号普遍混 凝土 , 钢材除主索为高强钢丝外 ,
5、 其余均为普遍钢筋 。 大桥充分 利用 地形 选用临 时岩石隧润锚旋 布 置 一 F部各 构造 。 该桥工程数量如表 1所示 。 表1 项目 单立 全 桥合 计 飞飞n3 3 3 14 7 . 公公 t t t t t4 . 2 2 2 t t t t t23 . 4 4 4 m m m 3 3 3 40 . 2 2 2 t t t t t59 . 8 8 8 6: . ; 6 317 。 4 68 29 . 1 4 8 . 7 12 4 _ 0 叫一!| ! 。 ! 三 、 方案选择 桥 型选择 平力 , 在桥台处需 设 置与连续T梁 、 主索悬带 尹成 六整件的蝇大的嗤锚梁 , 以形成 自
6、锚刚性 体系 。 结构体系自锚的 选择好处有三 : 一是 为了 减小结构的用钢量 , 并充分利用桥面 系作为主 要受压构件 , 由它来承受主索张 力 , 同时考虑 到改外锗为自锚后 , 用桥而系梁 板 内储蓄较 大 的轴向压力来承受局部的弯矩 和 剪力 ; 二是自 锚能较好地克服外锚体系庞大 的污工量和复杂 的外锚体系的技术处 理 ; 三是上承式悬带桥采 用自锚后 , 桥型可以适应 于多跨桥梁中 , 使其 具有较强的竟争能力 。 考虑 施工 要求 , 主索必须先设 置 临时外 锚 。 在 吊桥中 , 通常采用烤工重力式锚旋方式 或将主索直接锚固 于基岩中的锚旋方式 。 根据 本桥的实际情沉 ,
7、 重力式锚旋污工体积太大 , 施工困难 , 很不经济 。 经计算比 较 , 本桥决定 来用隧洞式岩石钱碑锚固主索 , 端锚架与隧洞 锚梁之间 , 采用外锚索和接长器连接 , 这样施 工容易 , 又很经济 。 表2 一 . 口 . 曰. 神 . 大)最( t件 重 构吊 淘金大桥位 于一个 狭窄的山谷 中 , 以接 线路基标高控制 , 上口宽 6 8m , 深2 3 m ; 山谷倾 料角度在6 0度左右 , 两 岸 均 为风 化】的 砂质 . 页 岩 ; 枯水深在 1 . 5m 左右 , 洪枯水位差在5 . Om 左 右 。 因此 , 采用支架施工有困 难 , 既不安 全 、 也 不经济 ; 采
8、用其他 施工方法 , 对地方来 说 , 不理想 , 也不现实 。 在此条件下 , 从经济性 、 施工 性 、 安全 性 以及美观等方 面出发进行考虑 , 与已建成的 几 座 7 0m左右跨径的桥梁 的上部结构进行分析比 较 , 如 表2所示 。 经比较权衡利弊 , 为发展新技术 , 探索新 桥型 , 本桥决定采用 自锚上承式悬带桥桥型 方 案 。 主跨 ( ,n ) 荷载 标准 每m Z桥 面用料 钢 材 l混凝土 咬 幼 1m 名 ) 四川云 阳科坪桥 乐山箱型拱式侨 芙蓉江析架拱桥 湖南淘金悬带桥 2 8.习 24 _ 0 跳 9 5 “如 0 六U O令 J 切w e引月 月 5 11
9、引 月 T T- - 1刊 月 隐 以 降 汽 一 匕 U尸ao 自该一了月 甩 f 3 . 模型试验 2 . 锚固选择 对于这 种梁式桥 , 为 了承受主索强大的水 本桥这种结构掣式的桥梁 , 在世界上也是 非常特殊的 , _ 所以 , 设计与施工 中尚未了解的 间题很多 , 为了证实设讣计算方法的合理性及 可靠性 , 掌握动态特性租施工方法中的诸问 题 , 以及为了确定解决这些间 . 题的办法 , 1979 年 8 月湖南省交通科研所制作了 1 l/ 0的实桥 模型 , 并按照实桥的施工顺序 , 进行了施工加 载 、 静载和 . 功裁等项目的余模拟试执 . 模型试 一 22 , 验结果为
10、大桥的设计与施工 , 提供了可靠的科 学依据 。 四 、 设计简述 本桥的没计桥型布置如图 1 所示 。 上 承式悬带桥与吊桥相比 , 其主素悬带相 当于吊桥的主缆索 , 立柱排架相当于悬吊缆索 或吊杆 , 连续 T 梁相当于加劲梁 , 桥台与端锚 梁相当于塔架和锚碗 。 因此 , 本桥的设计意图 是 : 在同等要求条件下 , 努力并充分发挥各种 材料的各自作用 , 使其结构优于吊桥或其他桥 型 。 本桥设计计算 , 应用了悬索理论和平 面杆 系结构理论 。 也就是 说 , 设计计算分以下 两个 阶段进行 。 4) 温度影响的内力计算 ; ( 5) 汽车活载的内力计算 , 把施工架设过 程中的
11、 内力 和形成整体结构 后的 内力叠加成总 内力 , 然后验算各杆件应力 及 配筋 。 主素应力验算时 , 安全 系数 取 K=2 . 5 。 3 . 主要构件的设计概要 1 . 施工架设阶段 行车道 T 梁的接头 混凝土(现浇横隔板) 狂达到设计强度前 , 结构呈离散状态 。 这时 , T梁 、 排架 、 悬带等重量全部由主素来承担 。 在这一阶段 , 应计算索力 、 索形及支点反力 , T 梁 内力仅按 7m跨长计算简支弯矩内力 , 另 外 , 为 了施工安装观测需要 , 还应计算每一加 载过程中的素形变化和标高 。 在施工架设阶段 , 由于主素索形随外荷载 而变化 , 且索 内只能承受轴
12、向拉力 , 故结构设 计按悬索理 论进行计算分析 。 ( 1) 主素 主索为 主要受力构件 , 由直径 smm高强 钢丝编织成平行束 , 平行束共有 两组 , 每组有 4 束 , 两组束分别设置 在立柱梁排架底下 。 主索 考虑到垂度调 整等施工因素 , 设计计算每束拉 力为5 2 . 3t , 每束拉力由4 8丝高强钢丝承担 。 主索与临时外锚索锚具采用墩头锚具 , 端锚梁 与隧洞锚梁之 间用接长器(连接器)联系 。 ( 2) 悬带 (底板) 底板是用混凝土包裹主索而形 成 的悬吊 板 , 它是同时承 受拉伸和弯曲的构件 。 整个悬 吊板的垂度与跨径 之比 , 考虑到作用于 下部构 造 的水
13、平力 、 结构的整体刚度及架设时主索 变 形等因素 , 设计取矢跨比为 1 / 9 。 底板 考虑 到方便施工架设 , 设计成宽5c 0m的 预制构 件 。 其截面形式如 图 2所示 。 2 . 整体结构阶段 在横隔板及端锚 梁接头区段混凝土浇筑并 达到强度后 , 外来荷载由整个结构承担 。 整体 结构完成后 , 各种荷载作用下 的内力计算按一 般平 面杆系结构图式与程 序进行 。 本桥具体计 算内容主要有 : ( l )外锚转换成 自锚的内力计算 ; (2)去掉临时施工 设施的内力计算 ; ( 3) 桥面浦装和栏杆重的内力计算 , ! ! ! ! ! ! ! 幽幽幽 卜一 月一.侧侧卜 门一
14、宁 一一卜一 一 N N N N N l l l日 日 一刃 团 了了犷 左左 _ 一一一一一一一一一一一一 匕匕匕匕匕 门门门门门门日 日日日 二二1二 仁仁仁仁仁仁仁仁仁 门 门门门 月月月月月月月月月 必 28x9 2。圈钢 中距4仄 . 两 组4 x 48万5高强钢丝平行束 图2悬带与排架 ( 3) 排架 立柱排架是受压构件 , 由 两根截面3 0 x 5 0 cm 的立往和5 0X40cm的盖梁及2 0 x 15cm 的 底 一 那 一 扮 战 孺瓢 : 咧 怜侧 捧 工碗 下下己 己 马马马 3 3 3 3 3 吕吕吕一 、. . . 的的的的 一 , 、, 一一 属属属宇 宇 .
15、 l : : : . . . . . 鼠鼠 2 4 梁组成门式竖 直构件 。 它是承受竖 直构 件自 重 、 连续T梁自重 、 后部分恒载和活载的 刚架 结构 。 排架结构见图 2 。 (4) T 梁 T 梁是弹性支承于 门式排架上 的1 0跨连续 梁结构 。 它由4根 T 梁组成桥宽4 . 5 m , T 梁 高70 em 、 单元宽 113em , 跨中 T 梁长 6 80em , 两端 T 梁长 60ocm , 横隔板厚2 0 cm 。 结构截面 如 图3所示 。 设计将 T 梁架设在桥台端锚梁及排架上 , 再浇注 T 梁间横隔板 , 排架上的钢筋伸入横隔 板 , 以增加横向刚度和结点强
16、度 。 当连成整体 后 , 即成为1 0孔连续的梁板结构 。 T 梁所承受的荷载是各孔连续之前的 T 梁 自重 , 及连接之后的后部分恒载和 活载 。 T 梁的配筋 , 从弯矩包络图来看 , 虽梁体 各截面的受力大小不一 , 但为了施工简便 , 全 桥各梁段的截面均设计成等截面 , 并都以最大 弯矩配 置同样的钢筋 。 ( 5) 端梁 桥端锚固横梁是 主要受力构件之一 。 它是 用 来支承 T梁 和 锚 固悬带主索而 设计成一个 强 大的锚固整体 , 它搁置在桥台 支座上 , 梁长 sooem 。 自锚结构布局如 图 4所示 。 (6)支座 两岸端锚梁下 面各置放 有4块20 X3 5 x 4 . c 2m平板式橡胶支座 。 4 . 隧洞锚破 锣 6 x l2x10预留洞(中距2 0 广 m) 羹 “ 图3连续T梁截面 图 4 自锚端横梁 本桥锚旋为临时锚旋 , 主要承受施工过程 中主索产生的水平力 。 施工架设阶段 全桥最大
