1、夷陵長江大橋三塔斜拉橋上部結(jié)構設計鄧青兒 孔德軍（鐵道部大橋工程局勘測設計院）【摘要】本文概要介紹了夷陵長江大橋三塔斜拉橋上部結(jié)構設計技術特點并對設計中的一些特殊技術問題及所采取的相應技術措施進行了介紹?！娟P鍵詞】夷陵長江大橋 三塔斜拉橋 結(jié)構設計一、工程概況夷陵長江大橋位于湖北省宜昌市，跨越長江，是聯(lián)系宜昌市南、北兩岸的城市橋梁。橋位距葛洲壩水利樞紐大壩下游約7.6km，橋址區(qū)江面寬約800m，最大水深約23m。夷陵長江大橋經(jīng)初步設計確定采用單索面三塔混凝土加勁梁斜拉橋方案，跨徑布置為（38.0+38.5+43.5）+348+348（43.5+38.5+38.0）=936（m），其主跨達34

2、8m，是目前國內(nèi)最大跨度的三塔斜拉橋，也是目前世界上最大跨度的三塔混凝土加勁梁斜拉橋。該橋斜拉橋目前已完成基礎施工。三個主塔正在施工中。主梁頂制和現(xiàn)澆工作也全面展開，預計200l年7月1日建成通車。二、主要技本標準1.荷載：汽超20設計，掛120檢算，人群荷載3.5kN/平方米；2.設計車速：60km/h；3.橋面寬度：公路四車道，兩側(cè)各2.0m寬人行道；4.坡度：全橋位于豎曲線上，橋面處半徑R18725.9m，橋面設1.5雙面橫坡；5.通航標準：凈高18m，凈寬125m；6.地震基本烈度：6度；7.風速：V10=23.53m/s。三、結(jié)構設計l結(jié)構布置斜拉橋縱向布置為：120+348+348

3、+120=936m，其中120m邊跨又分為三個小跨，即38+38.5+43.5=120（m）。 橋梁全寬23.0m，中央索區(qū)寬3.0m，兩側(cè)人行道寬各2.0m，邊欄桿寬0.25m，即0.25（邊欄桿）2.0（人行道凈寬）+7.75（車行道）3.0（中央索區(qū)）7.75（車行道）+2.0（人行道凈寬）0.25（邊欄桿）=23.0m。全橋主梁等高，架高3.0m。寬跨比為1：15，高跨比為1：116。全橋3個主塔塔高不等，兩邊塔結(jié)構相同，中塔高于邊塔。主塔采用鉆石型鋼筋混凝土結(jié)構，邊、中塔自承臺頂以上高度分別為106.5m，126.0m。塔身均為單箱單室或單箱雙室截面。本橋為單索面斜拉橋，斜拉索置于橋

4、面中央，斷面上每個編號的斜拉索均由兩根組成，間距1.2m。梁上索距主跨8m，邊跨5.5m，塔上索距約為1.6m。每個邊塔上布置了18對斜拉索，中塔上布置了23對斜拉索，全橋共236根斜拉索。斜拉橋立面布置見圖1。2.支承體系全橋除三個橋塔及兩個邊墩之外，還沒有四個輔助墩，四個輔助墩均為獨柱墩，設于橋中線處，每墩設一個縱向活動支座。每個邊墩處均設兩個縱向活動支座，其橫橋向間距12m。每個邊塔處各設兩個縱向活動支座，其橫橋向間距10.4m。中塔處為塔梁固結(jié)。兩個邊墩、兩個邊塔和中塔處的豎向支承共同組成全橋的抗扭支承體系。在各邊墩、邊塔處設有橫向支座，起抗風、防震、限位作用。3.主塔主塔采用鉆石型鋼

5、筋混凝土結(jié)構，中、邊塔縱向尺寸分別為7.0m，5.5m。主塔分上塔往、中塔柱、下塔往三部分。上、中塔柱為單箱單室截面；下塔柱采用單箱雙室截面，見圖2。5.主梁（1）主梁構造 主梁采用單箱三室截面，三向預應力混凝土結(jié)構。主梁全橋外輪廓尺寸一致，梁高30m，頂板寬230m，底板定5.0m，兩側(cè)懸臂板懸臂長度3.5m。主梁邊跨長約90m區(qū)段為壓重段，壓重集度約40tm。主梁邊跨與邊塔處0號決共長131m，均采用膺架現(xiàn)澆施工。中塔處0號塊現(xiàn)澆長度22m。兩主跨主梁采用預制懸拼施工。主梁預制是拼梁段間隔40m左右設一道50m寬濕接縫其余均為干接縫。除合龍段外，一個348.0m的主路共設 7個0.5m寬濕

6、接縫。兩個濕接縫間長約40m的梁段要求在同一臺座上預制，預制塊件的匹配性要好。以使減小懸拼的施工誤差。施工累積誤差通過溫接縫及時消除，盡量避免通過墊片調(diào)整線型，這是保證大跨預應力混凝土斜拉橋懸拼施工質(zhì)量的重要技術措施。梁體預制塊長度分別為4.0m，3.5m（有濕接縫處），預制塊均為等截面，頂板厚22cm，底板厚35cm，合龍?zhí)?m長梁體因為縱向預應力束起彎，底板厚度增至40cm。直腹板厚28cm，斜腹板厚20cm，懸臂板根部厚45cm，最外側(cè)厚16cm，一個預制塊件頂板設8個剪力鍵（槽），直腹板設6個、斜腹板設2個。濕接縫兩端梁體不設剪力鍵（槽）。中塔處主梁截面局部加強，頂板厚50cm，底板厚

7、60cm，直腹板厚60cm，斜腹板厚40cm。主梁與中塔相交處，沿周邊（頂板除外）設100*20cm倒角。邊跨現(xiàn)澆段因設壓重、輔助墩，截面變化較多，其一般截面如下：頂板厚25cm，底板厚45cm，在膠板厚38cm，斜腹板厚32cm。主梁采用55號混凝土。主梁斷面見圖3。（2）主梁預應力體系主梁采用三向預應力體系：四、計算分析1.靜力計算采用我院自編斜拉橋?qū)Ｓ梅治鲕浖﨎CSA和斜拉橋安裝計算軟件SCDS，進行本橋的計算分析。兩個軟件均有按不同加載齡期自動計算混凝土收縮徐變的功能。（l）成橋運營計算計算內(nèi)容包括恒載、支點沉降、活載及制動力、溫度力、靜風力等?；钶d非線性影響按10計算。溫度力擬定如下

8、：體系溫度：±20：索、梁（塔）溫差：±15；塔左、右側(cè)溫差：±5；主梁頂板升溫：5。（2）安裝計算按結(jié)構形成過程計算了主要控制階段：邊跨與0號塊主梁現(xiàn)澆施工；邊塔河側(cè)最大單伸臂，中塔處最大雙伸臂；主跨合龍；合龍后上二期恒載。成橋運營計算是在安裝計算最后形成的成橋狀態(tài)的基礎上進行的。（3）安裝控制計算計算內(nèi)容包括施工不平衡荷載、靜風力等。其中施工不平衡荷載接相差一個節(jié)段考慮。共計算了最大單、雙伸臂兩種狀態(tài)。 （4）主梁最大扭轉(zhuǎn)角在主梁一側(cè)滿布活載（另一側(cè)空載），主梁最大扭轉(zhuǎn)角約為 0.009rad，相當于1的橫坡，結(jié)果表明本橋雖為單索面斜拉橋，由于采用抗扭剛度很大

9、的閉合箱梁，主梁扭轉(zhuǎn)不影響行車安全，結(jié)構受力亦有可靠保證。2.動力分析橋址區(qū)地震基本烈度為6度，地震荷載不控制設計，動力問題主要集中在橋梁抗風性能研究上。為此，進行了主梁節(jié)段模型風洞試驗研究和最大雙伸臂施工狀態(tài)氣彈模型風洞試驗研究，研究結(jié)果表明：成橋狀態(tài)和施工狀態(tài)的顫振臨界風速均遠大于相應的顫振檢驗風速，無論在成橋狀態(tài)還是施工階段本橋均有足夠的抗風穩(wěn)定性；施工階段因抖振和渦激振動產(chǎn)生的結(jié)構內(nèi)力不大，均小于成橋運營階段結(jié)構內(nèi)力，本橋在施工階段無需臨時抗風措施。五、特殊問題及相應技術措施1.橋梁體系剛度三塔斜拉橋由于其中間塔無尾索及錨墩來有效限制它的塔墩位移，結(jié)構柔性較雙塔斜拉橋更大，一般認為需對

10、中塔進行加強或加勁才能使結(jié)構滿足要求。本橋為三塔斜拉橋，但在最大活載作用下，其撓跨比約為1：950，可見本橋具有較好的剛度，無需采取任何加勁措施，原因如下：（l）邊跨設兩個輔助墩，為三跨連續(xù)結(jié)構，每跨跨徑約為40cm，邊跨變形非常小，充分發(fā)揮了邊跨錨索的尾索效應，大大提高了結(jié)構體系剛度。（2）主梁采用混凝土梁，自重較大，相應斜拉索面積也較大。斜拉索用量的增加對提高體系剛度作用甚大。加設輔助墩和采用混凝土主梁是本橋獲得較大體系剛度的最有效措施。如果取消輔助墩，除非采取其它的加勁措施，否則因梁塔在活荷載作用下將產(chǎn)生過大的內(nèi)力而使方案難以經(jīng)濟合理地實現(xiàn)。如果采用鋼主梁，即使設有輔助墩，因主梁重量大幅

11、降低，相應斜拉索用量減少，體系剛度下降，難以實現(xiàn)經(jīng)濟上的合理性。適當?shù)臉蛄后w系剛度還可以減小基礎受力?？梢?，橋梁體系剛度是三塔斜拉橋設計中的最關鍵問題，夷陵長江大橋設計就是從研究橋梁體系剛度入手，通過結(jié)構的合理選配，取得最經(jīng)濟合理的結(jié)果。2.主跨合龍本橋全長936m，對中塔呈對稱布置，中塔處為全橋縱向變形零點，主跨跨徑348m，邊塔距變形零點即為348m，就邊塔而言，其受溫度、收縮徐變等影響作用的主梁長度相當于主跨約700m的二塔斜拉橋。在本橋計算分析過程中發(fā)現(xiàn)張拉合龍來及其后的收縮徐變變形對斜拉索索力、主梁及主塔受力均產(chǎn)生顯著不利影響。在主梁合龍之前先張拉部分合龍束，合龍之后再張拉其他合龍束，可大大減小這種不利影響。合龍程序的這種特殊處理可能在別的斜拉橋上無關緊要，對于本橋，卻成為一項關鍵技術措施。3.主跨體外預應力單索面斜拉橋一般采用抗扭剛度較大的閉合型主梁。對于混凝土主梁，倒梯形截面因其經(jīng)濟合理性用得最為普遍，本橋亦不例外。從結(jié)構受力需要確定的底板寬度本橋僅有5m，只能布置有限的預應力，體內(nèi)預應力過于密集使混凝土澆注質(zhì)量難以保證，還易引起應力集中。本橋底板寬度5.0m，已能滿足受力需要，因主跨正彎短較大，如果全部布置體內(nèi)預應力，必須加大底板寬度，這種因由構造上的要求而加大主梁截面尺寸是不合理的，另外還將引起斜拉索、主塔、基礎相應加大，將導致