1、巫山長(zhǎng)江大橋 460米鋼管混凝土拱橋,Chongqing JiaoTong University,設(shè) 計(jì),一、工程概況 巫山長(zhǎng)江大橋是一座跨徑460米，一跨跨過巫峽口的中承式鋼管混凝土拱橋。其鋼管管徑達(dá)到1.22米，吊裝重量達(dá)到180t，總投資1.96億元。是世界上同類橋梁中,跨徑和鋼管直徑最大, 吊重最重,造價(jià)最經(jīng)濟(jì)的橋梁。,二、設(shè)計(jì) （一）大跨鋼管砼拱橋結(jié)構(gòu)構(gòu)造的創(chuàng)新設(shè)計(jì) 1、橋位、橋型、孔跨方案設(shè)計(jì) 通過“工可”三個(gè)橋位方案論證，經(jīng)過地質(zhì)、地形條件、區(qū)域交通網(wǎng)、工程總體造價(jià)的綜合比較，并經(jīng)過“工可”、“初設(shè)”反復(fù)論證，推薦采用了現(xiàn)建橋的巫峽口橋位。,“工可”七種橋型方案比選，從工程造價(jià)、

2、與地形匹配、景觀等方面考慮，采用大跨鋼管砼拱橋方案。 針對(duì)400米上承式和凈跨460米中承式鋼管砼拱橋比較，從多方面綜合考慮，采用凈跨460米中承式鋼管砼拱橋。,2、鋼管砼拱圈主要參數(shù)設(shè)計(jì) 主要對(duì)以下參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選： （1）截面徑向高（拱頂為7.0米和8.0米，拱腳截面高為13.0米和14.0米）； （2）拱軸系數(shù)（m1.8、1.6、1.4、1.2、1.05）； （3）桁架節(jié)間距離（4米、6米、8米）； （4）不同弦管管徑、不同腹桿布置形式； 比選后，采用了拱頂徑向截面高7.0米，拱腳徑向截面高14.0米，桁架節(jié)間間距為6米，豎腹桿和徑向腹桿組合使用，弦管管徑為1220毫米，腹管管徑為610毫米

3、，凈矢跨比為1/3.8，拱軸系數(shù)為1.55的拱圈設(shè)計(jì)參數(shù)。,主拱圈截面由兩肋組成，每肋由四根鋼管構(gòu)成組合矩形截面柱；平面上每肋兩根鋼管由平行腹桿鋼管聯(lián)接，縱面上每肋兩根鋼管由斜、豎腹桿鋼管連接；每肋間距為12米處設(shè)置橫隔。,3、主拱圈截面構(gòu)造形式設(shè)計(jì),兩肋間的橫撐橋面以下為“米”字撐，橋面以上為“k”形撐，加強(qiáng)了肋間橫向聯(lián)系，確保了全橋橫向穩(wěn)定。 主拱圈節(jié)點(diǎn)處受力肢管最多為三根，一般為兩根，且肢管與主管的夾角一般在50左右。肢管與肢管之間的焊縫間距均大于50毫米。,（4）吊裝系統(tǒng)設(shè)計(jì) 纜索吊裝將扣掛系統(tǒng)和吊裝系鉸接合一，因吊塔變位大，扣塔要求變位小，為不相互影響，吊塔鉸支于扣塔頂端，且限制鉸傳

4、遞的水平分力，以控制扣塔頂?shù)淖兾弧?4、拱圈安裝接頭構(gòu)造設(shè)計(jì) 為了便于拱肋懸拼時(shí)調(diào)整軸線，拱頂合龍前，拱腳處設(shè)置了豎轉(zhuǎn)鉸. 為了控制拱肋線形及合龍溫度影響，拱頂合龍接頭設(shè)計(jì)了瞬時(shí)合龍接頭.,拱肋節(jié)段安裝采用內(nèi)法蘭臨時(shí)，再用兩塊與弦管外徑項(xiàng)同的半圓弧板對(duì)接。為了順利能準(zhǔn)確定位，設(shè)計(jì)采用了如下導(dǎo)向沖定銷軸。,5、主拱圈安裝方案總體設(shè)計(jì) （1）扣塔及索鞍： 安裝在兩岸上，塔高約100米，塔距576米，以鋼管砼柱拼裝組成，橫向采用門柱式結(jié)構(gòu)，便于起吊單元通過?？鬯斣O(shè)置索鞍，便于扣索通過（扣索在尾端錨梁處張拉）。 （2）錨碇、錨梁及扣點(diǎn)： 錨碇采用錨索及樁組合的結(jié)構(gòu)形式，扣點(diǎn)設(shè)計(jì)為錨梁，支點(diǎn)在拱肋節(jié)點(diǎn)

5、處。,6、提高穩(wěn)定及動(dòng)力特性的構(gòu)造措施 由于本橋跨度大，橋梁寬度僅為19.5米，橋梁寬跨比僅為1：26，為了提高橋梁橫向穩(wěn)定、動(dòng)力特性，采取了以下措施： 將橋面梁設(shè)計(jì)為先簡(jiǎn)支后連續(xù)的結(jié)構(gòu)體系； 長(zhǎng)吊桿和高立柱處，設(shè)計(jì)為吊桿、立柱與橋面梁固接； 短吊桿和矮立柱處，設(shè)計(jì)為吊桿、立柱與橋面梁四氟滑板支座鉸支。這樣，借助橋面梁的抗扭剛度，提高橋梁總體剛度。,7、吊桿橫梁和橋面梁的構(gòu)造設(shè)計(jì) 吊桿橫梁和鋼管砼拱肋上立柱橫梁為預(yù)應(yīng)力砼形截面梁，便于就地預(yù)制和安裝，減輕自重，降低工程造價(jià)。,行車道梁為后連續(xù)的預(yù)應(yīng)力砼“”形梁，吊裝就位后，焊接連接梁肋上、下緣主鋼筋，再現(xiàn)澆接頭砼30厘米形成連續(xù)梁。人行道梁也為

6、先簡(jiǎn)支、后連續(xù)的“”形連續(xù)。,8、確定了吊桿構(gòu)造及耐久性設(shè)計(jì) 本橋免維修周期為30年，本橋結(jié)合自身特點(diǎn)，全面考慮采用了多重體系設(shè)防相結(jié)合的綜合防護(hù)方案，同時(shí)，吊桿是可更換的。 （1）吊桿采用1097毫米預(yù)應(yīng)力環(huán)氧噴涂鋼絲，防腐體系為：鍍鋅層環(huán)氧層（160um）防腐脂聚乙稀護(hù)套（雙層）+發(fā)泡聚氨脂+哈氟管組成。,（2）兩端采用0VMLZMT109型冷鑄錨具，上下錨具分別有端頭防護(hù)板、防護(hù)罩和固化油脂，同時(shí)，吊桿外套哈氟管與錨具間設(shè)置熱縮塑料套連接。,（3）吊桿橫梁處防護(hù)處理措施 為了避免大氣、雨等進(jìn)入錨頭腐蝕鋼絲，在橫梁頂?shù)鯒U外套鋼管處設(shè)置了防水鋼板，并將防水鋼板與外套鋼管焊接，確保密閉。,（4

7、）縱向限位裝置設(shè)計(jì) 為了限制短吊桿因縱向變位而疲勞破壞，在肋間橫撐的端吊桿處，設(shè)置縱向撐，并在橫撐及端吊桿處的橫梁上設(shè)置滑板支座，這樣既滿足了橋道梁的自由伸縮，又限制短吊桿的大應(yīng)變。,9、拱座構(gòu)造設(shè)計(jì),（1）對(duì)不穩(wěn)定的危巖塊體進(jìn)行卸載清除； （2）采用多層水平臺(tái)階和帶一對(duì)垂直撐的拱座方案； （3）采用較完善的錨桿及圬工砌體對(duì)兩案進(jìn)行防護(hù)； （4）分離式的鋼筋砼拱座，橫向分別設(shè)三道鋼筋砼橫撐。,10、鋼結(jié)構(gòu)防腐方案設(shè)計(jì) 用電弧噴涂鋁鎂合金長(zhǎng)效防腐方案，壽命按30年以上考慮。 金屬表面處理等級(jí)Sa3 涂層組合： 電弧噴涂鋁鎂 160m 環(huán)氧封閉涂層（842） 二道（50m） 丙稀酸聚氨脂面漆 二道

8、（50m）,（二）大跨鋼管砼拱橋施工工藝設(shè)計(jì) 1、拱肋安裝方案的確定 根據(jù)本橋位地形特點(diǎn)、河道運(yùn)輸條件、施工水位高低及拱肋節(jié)段組成重量，經(jīng)多種施工方案論證比選，采用無支架纜索吊裝工藝安裝拱肋，是可行、風(fēng)險(xiǎn)小、經(jīng)濟(jì)的施工方案。,2、扣、吊體系設(shè)計(jì) 本橋主拱安裝扣掛系統(tǒng)和吊裝系統(tǒng)和一。,3、扣塔構(gòu)造設(shè)計(jì) （1）扣塔設(shè)計(jì) 扣塔（吊塔）構(gòu)造由鋼管桿件組成桁架塔柱。,（2）扣塔索鞍設(shè)計(jì) 由于扣索張拉體系張拉端設(shè)置在錨碇處，扣索必須繞過扣塔頂，因此塔頂由型鋼組拼成了扣索索鞍。,4、拱肋節(jié)段吊裝程序設(shè)計(jì) 拱肋節(jié)段安裝由兩岸拱座向跨中逐段懸拼施工。節(jié)段為單肋安裝，待上、下游同岸同一節(jié)段吊裝就位后，安裝節(jié)段內(nèi)平

9、面連接橫撐，即形成一個(gè)雙肋節(jié)段單元。,5、鋼管砼灌注方案設(shè)計(jì) （1）鋼管內(nèi)砼接力灌注 采用C60高強(qiáng)補(bǔ)償收縮砼，以泵壓法自拱腳向拱頂按設(shè)計(jì)的壓注順序，按三級(jí)接力灌注鋼管內(nèi)砼。,（2）灌注中扣索索力調(diào)整值 根據(jù)鋼管內(nèi)砼灌注的不同階段張拉扣索索力，以控制主拱鋼管應(yīng)力及變位。,施工棧橋布置圖,6、主跨施工流程圖,研 究, 計(jì)算理論： 有初應(yīng)力的鋼管混凝土極限承載能力計(jì)算方法 鋼管混凝土收縮、徐變規(guī)律及其計(jì)算方法 鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)疲勞設(shè)計(jì)方法, 施工技術(shù)： 大跨徑鋼管拱肋的精確安裝問題 大體積管內(nèi)混凝土灌注問題 管內(nèi)混凝土脫空問題, 設(shè)計(jì)技術(shù)： 鋼管混凝土拱橋合理構(gòu)造形式 鋼管拱肋節(jié)段的連接 短吊桿的使

10、用壽命,背景 在巫山橋建設(shè)時(shí)，國(guó)內(nèi)外還沒有鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)和施工技術(shù)規(guī)范。在計(jì)算理論、設(shè)計(jì)技術(shù)和施工技術(shù)方面還有許多技術(shù)問題亟待解決：, 計(jì)算理論： 有初應(yīng)力的鋼管混凝土極限承載能力計(jì)算方法 鋼管混凝土收縮、徐變規(guī)律及其計(jì)算方法 鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)疲勞設(shè)計(jì)方法, 設(shè)計(jì)技術(shù)： 鋼管混凝土拱橋合理構(gòu)造形式鋼管拱肋節(jié)段的連接 短吊桿的使用壽命, 施工技術(shù)： 大跨徑鋼管拱肋的精確安裝問題 大體積管內(nèi)混凝土灌注問題 管內(nèi)混凝土脫空問題,研究思路,主要成果,通過節(jié)段模型實(shí)驗(yàn)，揭示了鋼管混凝土徐變規(guī)律，提出了用考慮鋼管約束的徐變系數(shù)，來替代砼的徐變系數(shù)進(jìn)行徐變分析的方法。 提出用組合截面法來模擬鋼管混凝土單元

11、，得到了鋼管與混凝土應(yīng)力重分布公式：,鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)計(jì)算理論,2.,提出了大型鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)計(jì)算方法,主要成果,鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)計(jì)算理論,主要成果,節(jié)點(diǎn)疲勞實(shí)驗(yàn),巫山橋節(jié)點(diǎn)構(gòu)造,（單位：MPa）,鋼管混凝土試件與空心管試件在支管中截面處應(yīng)力比較,主要成果,提出了有初應(yīng)力的鋼管混凝土極限承載能力計(jì)算方法,主要成果,鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)計(jì)算理論,3.,鋼管混凝土承載能力試驗(yàn),主要成果,主要成果,在20種設(shè)計(jì)參數(shù)組合方式中進(jìn)行優(yōu)選,提出了全拱受力均衡、上下弦內(nèi)力接近和外形輪廓變化分明的空間鋼管混凝土桁架肋拱。解決了世界第一大跨徑鋼管混凝土拱橋合理構(gòu)造形式。,提出了鋼管混凝土拱橋合理構(gòu)造形式,

12、鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),1.,主要成果,鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),主要成果,鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),主要成果,1.,大跨徑鋼管砼拱橋無支架吊裝斜拉扣掛工法,總結(jié)出了大跨徑鋼管砼拱橋無支架吊裝斜拉扣掛工法獲國(guó)家級(jí)工法。,鋼管混凝土拱橋施工關(guān)鍵技術(shù),吊、扣塔合一,主要成果點(diǎn),鋼管混凝土拱橋施工關(guān)鍵技術(shù),1.,大跨徑鋼管砼拱橋無支架吊裝斜拉扣掛工法,主要成果,鋼管混凝土拱橋施工關(guān)鍵技術(shù),1.,大跨徑鋼管砼拱橋無支架吊裝斜拉扣掛工法,主要成果,其技術(shù)指標(biāo)如下：,膨脹率為萬分之三點(diǎn)一，5天強(qiáng)度達(dá)到80。改善了大管徑混凝土的脫空問題。,研制出了高性能化學(xué)自應(yīng)力高強(qiáng)混凝土,2.,鋼管混凝土拱橋施工關(guān)鍵技術(shù),滿足了特大跨徑、大管徑的混凝土泵送的需要,初始坍落度2224cm初始擴(kuò)展度60cm 4小時(shí)坍落度損失小于4cm擴(kuò)展度損