新建风陵渡黄河特大桥空腹式箱梁连续刚构设计.doc
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1、新建风陵渡黄河特大桥空腹式箱梁连续刚构设计新建风陵渡黄河特大桥空腹式箱梁连续刚构设计吴延伟天延1帚(中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043)?桥涵设计?摘要对于高烈度地震区大跨桥梁的设计推荐了一种全新的桥式方案空腹式箱梁连续刚构,该结构是钢管桁架和预应力混凝土板的组合结构.与常规钢桁梁及混凝土连续刚构桥相比,该组合结构具有较大的优势,是一种极具潜力的桥梁结构形式.关键词高烈度地震大跨度桥梁空腹式箱梁连续刚构抗震性能中图分类号U445.4文献标识码B文章编号10094539(2009)09002106DesignofConsecutiveBoxGirderRigidFrameBridge
2、withOpenSpandrelaboutNewFenglingduLargeBridgeinYellowRiverWuYanwei(ChinaRailwayFirstSurveyandDesignInstituteGroupCo.Ltd.,Xian710043,China)AbstractTheauthorrecommendsabrandnewlongspanbridgestructureinhighintensityearthquakeboxgirderrigidframebridgewithhoHowabdomen.Thestructureisakindofcombinedstructu
3、rewithsteeltubetrussandprestressedconcreteboard.Comparedwithnormaltrussbridgesandconsecutiveconcreterigidframebridges,thestructurehasmanyadvantagesanditisreallyanewbridgestructurewithgreatpotentials.Keywordshighintensityearthquake;largespanbridge;boxgirderwithhollowabdomen;consecutiverigidframebridg
4、e;aseismicperformance1工程概述既有风陵渡黄河大桥位于黄河与渭河汇合口下游约3km处,是南同蒲一陇海联络线上一座大型桥梁.大桥始建于1966年,采用24孔48m拆装式上承钢桁梁,桥长为1199.6m.桥梁北端为山西省的风陵渡,南端为陕西省的潼关老城.当时该桥为联络线上桥梁,要求经济,快速建成,其技术标准与永久性结构的指标相比较低.随着铁路运输的发展,该桥陆续出现了如下病害:横联上横杆端部裂纹,高强度螺栓折断,横向振幅过大,桁梁死挠度等.目前该桥已限速4年之久,为消除运输瓶颈,解收稿日期:20090716除行车隐患,确保行车安全,铁道部委托铁一院就新建南同蒲黄河特大桥展开设计
5、研究工作.新建风陵渡黄河特大桥位于三门峡水库上游115km,处在库区的潼关河段,桥位附近河段处于黄河,渭河,洛河三河交汇处,又位于三门峡水库影响区,由于建库后水库蓄水淤积影响和黄河倒灌渭洛河的拦门坎影响,潼关以上淤积和潼关高程升降演变十分复杂,特别潼关卡口河段淤积抬高会对黄,渭,洛河造成严重后果.对于潼关河床高程升降,成为陕西省,河南省及水利部重点关注对象,因此在潼关段修建各种跨河建筑物需保证尽可能不会造成潼关河床抬高.大桥设计需符合本河段特点,满足行洪,防凌,通航等多方面要求.铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2009(921?桥涵设计?2桥式方案的比选3
6、补充桥式方案设计思路黄河特大桥主桥结构形式主要基于黄河水文,大跨度桥梁的刚度控制标准是目前尚未解决地质,地形等特点及黄河河务部门对主河槽内主孔的一个技术问题.由于上部结构自重大,为了保证跨度要求,并考虑环境及美观要求.黄委会明确要结构的横向刚度,需要增大下部结构刚度,这就使求,本河段主河槽内要采用100ITI以上的大跨度,因得下部结构造价显着增加,且刚度增大使结构抗震此最初设计研究主要围绕钢桁梁桥,预应力混凝土性能变差;而钢梁方案可以很好地解决下部结构投连续刚构桥结构形式进行.由于桥址位于度地资过高的问题,但后期养护维修的工作量大,同时震区,桥式选择需要充分考虑地震的影响.取消明桥面后,道碴槽
7、板和钢桁梁的连接目前国内本桥桥墩较高,有条件采用连续刚构梁,其结尚无成熟可靠的方式.构特点是梁体连续,梁墩固结,主墩无支座,顺桥向空腹式(采用钢腹杆,混凝土顶底板)箱梁为这抗弯刚度和横桥向抗扭刚度大,行车舒适平稳,养一问题的解决提供了新的思路.该结构是钢管桁护工作量小,对线路线形,纵坡适应性强,其线型优架和预应力混凝土板的组合结构,与钢桁梁相比,美,立体感强,整体景观效果好,气势宏伟,与周围具有以下几点优势:环境协调好,主桥后期运营养护费用较低,造价较(1)由于顶底板均为混凝土板,因此结构的用低.但连续刚构梁体重量大,一联的桥长由于受地钢量大幅降低,同时节点的构造得以简化,并且可震力,温度力控
8、制不能太长,而本桥主河道较宽,致以降低噪声污染;使在主河槽内需布置两联大跨连续刚构.此外若(2)结构的刚度大大增强,对提高列车运行的要满足黄委会要求,主河槽内孑L跨不得小于1001TI,安全性和舒适度十分有利,从而对高速铁路的行车将连续刚构边跨设计为106m,则主跨需加大至更加有利;148m以上,增加了结构抗震设计的难度.(3)采用这种结构可以方便地采用各种轨道钢桁梁桥优点是采用简支结构,受力简单明结构.确,主河槽内均可采用大跨跨越,且钢梁杆件拼装与普通混凝土箱梁相比,空腹式箱梁具有以下方便,技术成熟,施工难度小,施工周期短,采用下几点优势.承式钢桁梁建筑高度较低,控制线路高度较低,而(1)在
9、剪力较大的支点截面和梁端截面采用普且梁体重量轻,可节省下部结构工程数量并有良好通预应力混凝土箱梁,这样可以充分发挥混凝土箱的抗震性能.但钢桁梁造价较高,由于其构造要梁抗剪能力强的优势;而在剪力相对较小的中部断求,一般需位于直线及缓坡上,因此为了保证桥下面则采用空腹式箱梁,以减轻梁体的重量,从而减净空及设计水位的要求,将会导致引桥长度,高度小施工阶段内力,使整个结构的内力状态趋于合增加,工程费用较大.目前为了保证列车提速,钢理.经估算分析,采用空腹式箱梁连续刚构方案桁梁需考虑设道碴桥面,不再考虑明桥面,桥上道后,支点弯矩可下降30%左右.碴槽的设置不但增加了结构设计难度,且由于二期(2)由于腹板
10、的重量大大减小,其结构自重可恒载的增加,加大了结构用钢量及工程造价.另外以减少20%30%,从而使得下部结构刚度控制的钢桁梁运营时行车噪声大,养护维修工作量大,是难度大大降低,明显减小结构的地震反应,提高结运营主管部门不愿意采用的一种桥型.构在地震作用下的动力性能,进而降低下部结构的经技术经济比较,初步选定推荐方案为预应力工程造价.混凝土连续刚构桥.(3)由于梁段重量和模板数量的大幅减少,悬22铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2009l9)?桥涵设计?臂施工难度大大减小,上部结构混凝土的单价明显减低,施工速度显着加快,见表1.表1两种不同类型刚构桥方案技术
11、经济比较表,预应力混凝土连续刚构桥空腹式箱梁连续刚构4孔64m简支箱梁+2联(106+148+106)4孔64m简支箱梁+2联(106+148+106)mm预应力混凝土连续刚构+(6孔64m+1空腹式箱梁连续刚构+(6孔64m+1孔孔42rn)简支箱梁+l联(65+108+65)m42m)简支箱梁+1联(65+108+65)rn连续桥梁孔跨连续梁桥+(1孔32m+2孔24m+4孔梁桥+(1孔32rfl+2孔24m+4孔32m)简32in)简支T梁+1联(42+64+42)lXl连续支T梁+1联(42+64+42)m连续梁桥+2梁桥+2孔32m简支T梁孔32m简支T梁桥梁长度2114.15m21
12、14.15m混凝土:17240.8m混凝土:14115.6m主桥梁部工程数量预应力钢束:1276.3t预应力钢束:684.9t钢料:2795.4t钢料:4131.7t桥梁主要工程数量混凝土:23877.6m混凝土:18810.6m主桥墩身及承台钢料:2815.1t钢料:2129.8t混凝土:32572.0m混凝土:28185.0m主桥基础钢料:3166.0t钢料:2722.0t主桥工程造价1.1898亿1.1705亿综合比较投资略高投资较省经过综合比较,最终确定空腹箱梁连续刚构作为推荐桥式方案.4空腹式连续刚构设计空腹式箱梁连续刚构跨度采用(106+148+10675106)m,除支点两侧各2
13、1m及梁端10m范围内采用普通混凝土箱梁外,其余均采用空腹式箱梁.梁高除支点外侧211TI采用变截面(13.58.5m)外,其余均采用等截面,梁高为8.5m,见图l.1180蠹上节点截面(1:100)ll80bO200什200一藏L翌喧窃下节点截面(1-lO0)图1空腹式箱梁连续刚构箱梁构造铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2009(9)墩顶截面(1:100)端部截面(1:100)蛋?桥涵设计?c.淼委,装.,桥附篓8O.c1110篓烹;磊菜HDPE相应设置隔板,增强刚度,加强节点的连接,并作为姜管,管道内.点以吻合索r黼ll环笛芍倦,个玖议丌惟存术用力杀一
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