钢管混凝土拱桥实例——巫山桥.ppt

1、巫山长江大桥 460米钢管混凝土拱桥,Chongqing JiaoTong University,设 计,一、工程概况 巫山长江大桥是一座跨径460米，一跨跨过巫峡口的中承式钢管混凝土拱桥。其钢管管径达到1.22米，吊装重量达到180t，总投资1.96亿元。是世界上同类桥梁中,跨径和钢管直径最大, 吊重最重,造价最经济的桥梁。,二、设计 （一）大跨钢管砼拱桥结构构造的创新设计 1、桥位、桥型、孔跨方案设计 通过“工可”三个桥位方案论证，经过地质、地形条件、区域交通网、工程总体造价的综合比较，并经过“工可”、“初设”反复论证，推荐采用了现建桥的巫峡口桥位。,“工可”七种桥型方案比选，从工程造价、

2、与地形匹配、景观等方面考虑，采用大跨钢管砼拱桥方案。 针对400米上承式和净跨460米中承式钢管砼拱桥比较，从多方面综合考虑，采用净跨460米中承式钢管砼拱桥。,2、钢管砼拱圈主要参数设计 主要对以下参数进行优选： （1）截面径向高（拱顶为7.0米和8.0米，拱脚截面高为13.0米和14.0米）； （2）拱轴系数（m1.8、1.6、1.4、1.2、1.05）； （3）桁架节间距离（4米、6米、8米）； （4）不同弦管管径、不同腹杆布置形式； 比选后，采用了拱顶径向截面高7.0米，拱脚径向截面高14.0米，桁架节间间距为6米，竖腹杆和径向腹杆组合使用，弦管管径为1220毫米，腹管管径为610毫米

3、，净矢跨比为1/3.8，拱轴系数为1.55的拱圈设计参数。,主拱圈截面由两肋组成，每肋由四根钢管构成组合矩形截面柱；平面上每肋两根钢管由平行腹杆钢管联接，纵面上每肋两根钢管由斜、竖腹杆钢管连接；每肋间距为12米处设置横隔。,3、主拱圈截面构造形式设计,两肋间的横撑桥面以下为“米”字撑，桥面以上为“k”形撑，加强了肋间横向联系，确保了全桥横向稳定。 主拱圈节点处受力肢管最多为三根，一般为两根，且肢管与主管的夹角一般在50左右。肢管与肢管之间的焊缝间距均大于50毫米。,（4）吊装系统设计 缆索吊装将扣挂系统和吊装系铰接合一，因吊塔变位大，扣塔要求变位小，为不相互影响，吊塔铰支于扣塔顶端，且限制铰传

4、递的水平分力，以控制扣塔顶的变位。,4、拱圈安装接头构造设计 为了便于拱肋悬拼时调整轴线，拱顶合龙前，拱脚处设置了竖转铰. 为了控制拱肋线形及合龙温度影响，拱顶合龙接头设计了瞬时合龙接头.,拱肋节段安装采用内法兰临时，再用两块与弦管外径项同的半圆弧板对接。为了顺利能准确定位，设计采用了如下导向冲定销轴。,5、主拱圈安装方案总体设计 （1）扣塔及索鞍： 安装在两岸上，塔高约100米，塔距576米，以钢管砼柱拼装组成，横向采用门柱式结构，便于起吊单元通过。扣塔顶设置索鞍，便于扣索通过（扣索在尾端锚梁处张拉）。 （2）锚碇、锚梁及扣点： 锚碇采用锚索及桩组合的结构形式，扣点设计为锚梁，支点在拱肋节点

5、处。,6、提高稳定及动力特性的构造措施 由于本桥跨度大，桥梁宽度仅为19.5米，桥梁宽跨比仅为1：26，为了提高桥梁横向稳定、动力特性，采取了以下措施： 将桥面梁设计为先简支后连续的结构体系； 长吊杆和高立柱处，设计为吊杆、立柱与桥面梁固接； 短吊杆和矮立柱处，设计为吊杆、立柱与桥面梁四氟滑板支座铰支。这样，借助桥面梁的抗扭刚度，提高桥梁总体刚度。,7、吊杆横梁和桥面梁的构造设计 吊杆横梁和钢管砼拱肋上立柱横梁为预应力砼形截面梁，便于就地预制和安装，减轻自重，降低工程造价。,行车道梁为后连续的预应力砼“”形梁，吊装就位后，焊接连接梁肋上、下缘主钢筋，再现浇接头砼30厘米形成连续梁。人行道梁也为

6、先简支、后连续的“”形连续。,8、确定了吊杆构造及耐久性设计 本桥免维修周期为30年，本桥结合自身特点，全面考虑采用了多重体系设防相结合的综合防护方案，同时，吊杆是可更换的。 （1）吊杆采用1097毫米预应力环氧喷涂钢丝，防腐体系为：镀锌层环氧层（160um）防腐脂聚乙稀护套（双层）+发泡聚氨脂+哈氟管组成。,（2）两端采用0VMLZMT109型冷铸锚具，上下锚具分别有端头防护板、防护罩和固化油脂，同时，吊杆外套哈氟管与锚具间设置热缩塑料套连接。,（3）吊杆横梁处防护处理措施 为了避免大气、雨等进入锚头腐蚀钢丝，在横梁顶吊杆外套钢管处设置了防水钢板，并将防水钢板与外套钢管焊接，确保密闭。,（4

7、）纵向限位装置设计 为了限制短吊杆因纵向变位而疲劳破坏，在肋间横撑的端吊杆处，设置纵向撑，并在横撑及端吊杆处的横梁上设置滑板支座，这样既满足了桥道梁的自由伸缩，又限制短吊杆的大应变。,9、拱座构造设计,（1）对不稳定的危岩块体进行卸载清除； （2）采用多层水平台阶和带一对垂直撑的拱座方案； （3）采用较完善的锚杆及圬工砌体对两案进行防护； （4）分离式的钢筋砼拱座，横向分别设三道钢筋砼横撑。,10、钢结构防腐方案设计 用电弧喷涂铝镁合金长效防腐方案，寿命按30年以上考虑。 金属表面处理等级Sa3 涂层组合： 电弧喷涂铝镁 160m 环氧封闭涂层（842） 二道（50m） 丙稀酸聚氨脂面漆 二道

8、（50m）,（二）大跨钢管砼拱桥施工工艺设计 1、拱肋安装方案的确定 根据本桥位地形特点、河道运输条件、施工水位高低及拱肋节段组成重量，经多种施工方案论证比选，采用无支架缆索吊装工艺安装拱肋，是可行、风险小、经济的施工方案。,2、扣、吊体系设计 本桥主拱安装扣挂系统和吊装系统和一。,3、扣塔构造设计 （1）扣塔设计 扣塔（吊塔）构造由钢管杆件组成桁架塔柱。,（2）扣塔索鞍设计 由于扣索张拉体系张拉端设置在锚碇处，扣索必须绕过扣塔顶，因此塔顶由型钢组拼成了扣索索鞍。,4、拱肋节段吊装程序设计 拱肋节段安装由两岸拱座向跨中逐段悬拼施工。节段为单肋安装，待上、下游同岸同一节段吊装就位后，安装节段内平

9、面连接横撑，即形成一个双肋节段单元。,5、钢管砼灌注方案设计 （1）钢管内砼接力灌注 采用C60高强补偿收缩砼，以泵压法自拱脚向拱顶按设计的压注顺序，按三级接力灌注钢管内砼。,（2）灌注中扣索索力调整值 根据钢管内砼灌注的不同阶段张拉扣索索力，以控制主拱钢管应力及变位。,施工栈桥布置图,6、主跨施工流程图,研 究, 计算理论： 有初应力的钢管混凝土极限承载能力计算方法 钢管混凝土收缩、徐变规律及其计算方法 钢管混凝土节点疲劳设计方法, 施工技术： 大跨径钢管拱肋的精确安装问题 大体积管内混凝土灌注问题 管内混凝土脱空问题, 设计技术： 钢管混凝土拱桥合理构造形式 钢管拱肋节段的连接 短吊杆的使

10、用寿命,背景 在巫山桥建设时，国内外还没有钢管混凝土拱桥设计和施工技术规范。在计算理论、设计技术和施工技术方面还有许多技术问题亟待解决：, 计算理论： 有初应力的钢管混凝土极限承载能力计算方法 钢管混凝土收缩、徐变规律及其计算方法 钢管混凝土节点疲劳设计方法, 设计技术： 钢管混凝土拱桥合理构造形式钢管拱肋节段的连接 短吊杆的使用寿命, 施工技术： 大跨径钢管拱肋的精确安装问题 大体积管内混凝土灌注问题 管内混凝土脱空问题,研究思路,主要成果,通过节段模型实验，揭示了钢管混凝土徐变规律，提出了用考虑钢管约束的徐变系数，来替代砼的徐变系数进行徐变分析的方法。 提出用组合截面法来模拟钢管混凝土单元

11、，得到了钢管与混凝土应力重分布公式：,钢管混凝土拱桥设计计算理论,2.,提出了大型钢管混凝土节点设计计算方法,主要成果,钢管混凝土拱桥设计计算理论,主要成果,节点疲劳实验,巫山桥节点构造,（单位：MPa）,钢管混凝土试件与空心管试件在支管中截面处应力比较,主要成果,提出了有初应力的钢管混凝土极限承载能力计算方法,主要成果,钢管混凝土拱桥设计计算理论,3.,钢管混凝土承载能力试验,主要成果,主要成果,在20种设计参数组合方式中进行优选,提出了全拱受力均衡、上下弦内力接近和外形轮廓变化分明的空间钢管混凝土桁架肋拱。解决了世界第一大跨径钢管混凝土拱桥合理构造形式。,提出了钢管混凝土拱桥合理构造形式,

12、钢管混凝土拱桥设计关键技术,1.,主要成果,钢管混凝土拱桥设计关键技术,主要成果,钢管混凝土拱桥设计关键技术,主要成果,1.,大跨径钢管砼拱桥无支架吊装斜拉扣挂工法,总结出了大跨径钢管砼拱桥无支架吊装斜拉扣挂工法获国家级工法。,钢管混凝土拱桥施工关键技术,吊、扣塔合一,主要成果点,钢管混凝土拱桥施工关键技术,1.,大跨径钢管砼拱桥无支架吊装斜拉扣挂工法,主要成果,钢管混凝土拱桥施工关键技术,1.,大跨径钢管砼拱桥无支架吊装斜拉扣挂工法,主要成果,其技术指标如下：,膨胀率为万分之三点一，5天强度达到80。改善了大管径混凝土的脱空问题。,研制出了高性能化学自应力高强混凝土,2.,钢管混凝土拱桥施工关键技术,满足了特大跨径、大管径的混凝土泵送的需要,初始坍落度2224cm初始扩展度60cm 4小时坍落度损失小于4cm扩展度损