重庆鹅公岩轨道大桥设计关键技术

桥梁建设㊀２０２０年第５０卷第４期(总第２６５期)
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ＢｒｉｄｇｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎꎬＶｏｌ.５０ꎬＮｏ.４ꎬ２０２０(ＴｏｔａｌｌｙＮｏ.２６５)
文章编号:１００３－４７２２(２０２０)０４－００８２－０６
重庆鹅公岩轨道大桥设计关键技术
臧㊀瑜ꎬ戴建国ꎬ邵长宇
(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司ꎬ上海２０００９２)
摘㊀要:重庆市鹅公岩轨道大桥位于既有鹅公岩大桥上游７０ｍ处ꎬ主桥采用(５０＋２１０＋６００＋２１０＋５０)ｍ半飘浮体系自锚式悬索桥ꎮ加劲梁采用钢箱－混凝土混合梁ꎬ中跨及边跨为钢箱梁ꎬ锚跨及锚固段为混凝土箱梁ꎮ桥塔采用门形结构ꎬ按全截面受压构件设计ꎮ主缆采用ＰＰＷＳ平行钢丝索股ꎬ布置为平行双缆面ꎬ中心距为１９.５ｍꎮ全桥边㊁中跨均设吊索ꎬ吊索采用ＰＳＳ平行钢丝束ꎬ上端与主缆索夹采用销铰式连接ꎬ下端与加劲梁采用锚箱承压方式连接ꎮ２个桥塔单幅承台下均布置９根ϕ３.０ｍ钻孔灌注桩ꎮ通过在主缆锚固横梁上增设竖向隔板和水平隔板将锚固箱室分成４个小舱室ꎬ以优化锚固横梁受力ꎮ对该桥总体及局部稳定进行分析ꎬ结果表明:桥梁总体及局部稳定均满足相关规范的要求ꎮ由于建设条件的限制ꎬ该桥开创性地运用 先斜拉后悬索 的方案施工ꎮ
关键词:自锚式悬索桥ꎻ轨道桥ꎻ桥式方案ꎻ结构体系ꎻ锚固节点ꎻ稳定分析ꎻ结构设计ꎻ施工方案
中图分类号:Ｕ４４８.２５ꎻＵ４４２.５文献标志码:Ａ
ＫｅｙＤｅｓｉｇｎＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏｒＥｇｏｎｇｙａｎＲａｉｌｗａｙＴｒａｎｓｉｔＢｒｉｄｇｅ
ＺＡＮＧＹｕꎬＤＡＩＪｉａｎ￣ｇｕｏꎬＳＨＡＯＣｈａｎｇ￣ｙｕ
(ＳｈａｎｇｈａｉＭｕｎｉｃｉｐａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ(Ｇｒｏｕｐ)Ｃｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＳｈａｎｇｈａｉ２０００９２ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＴｈｅＥｇｏｎｇｙａｎＲａｉｌＴｒａｎｓｉｔＢｒｉｄｇｅｉｎＣｈｏｎｇｑｉｎｇｉｓｌｏｃａｔｅｄ７０ｍｕｐｓｔｒｅａｍｏｆｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇＥｇｏｎｇｙａｎＢｒｉｄｇｅꎬｔｈｅｍａｉｎｂｒｉｄｇｅｏｆｗｈｉｃｈｉｓａｓｅｌｆ￣ａｎｃｈｏｒｅｄｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａｓｅｍｉ￣ｆｌｏａｔｉｎｇｓｙｓ￣ｔｅｍꎬｗｉｔｈｆｉｖｅｓｐａｎｓｏｆ５０ꎬ２１０ꎬ６００ꎬ２１０ａｎｄ５０ｍ.Ｔｈｅｓｔｉｆｆｅｎｉｎｇｇｉｒｄｅｒｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｓｔｈｅｓｔｅｅｌｂｏｘｅｓｉｎｔｈｅｃｅｎｔｒａｌａｎｄｓｉｄｅｓｐａｎｓａｎｄｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｂｏｘｅｓｉｎｔｈｅａｎｃｈｏｒｓｐａｎｓａｎｄｔｈｅａｎｃｈｏｒｓｅｃｔｉｏｎｓ.Ｔｈｅｔｏｗｅｒｓａｒｅｐｏｒｔａｌ￣ｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓꎬｄｅｓｉｇｎｅｄａｓｆｕｌｌ￣ｃｒｏｓｓ￣ｓｅｃｔｉｏｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ.Ｔｈｅｍａｉｎｃａｂｌｅｓꎬｃｏｍ￣ｐｏｓｅｄｏｆｓｔｅｅｌｗｉｒｅｓｔｒａｎｄｓｉｎｓｔａｌｌｅｄｂｙＰＰＷＳｍｅｔｈｏｄꎬａｒｅａｒｒａｎｇｅｄｉｎｐａｒａｌｌｅｌｗｉｔｈｃｅｎｔｅｒ￣ｔｏ￣ｃｅｎｔｅｒｄｉｓ￣ｔａｎｃｅｏｆ１９.５ｍ.Ｔｈｅｓｉｄｅａｎｄｃｅｎｔｒａｌｓｐａｎｓａｌｌｈａｖｅｈａｎｇｅｒｃａｂｌｅｓｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇｐａｒａｌｌｅｌｓｔｅｅｌｓｔｒａｎｄｓ.Ｔｈｅｈａｎｇｅｒｃａｂｌｅｓａｒｅｃｏｎｎｅｃｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｍａｉｎｃａｂｌｅｃｌａｍｐｓｖｉａｐｉｎｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎꎬａｎｄａｎｃｈｏｒｅｄｔｏｔｈｅｓｔｉｆｆｅｎｉｎｇｇｉｒｄｅｒｂｙａｎｃｈｏｒｂｏｘｅｓ.Ｔｈｅｔｗｏｌｅｇｓｏｆｔｈｅｔｏｗｅｒｈａｖｅｓｅｐａｒａｔｅｄｐｉｌｅｃａｐｓꎬｂｅｎｅａｔｈｅａｃｈｐｉｌｅｃａｐａｒｅ９ꎬϕ３.０ｍｂｏｒｅｄｐｉｌｅｓ.Ｖｅｒｔｉｃａｌａｎｄｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉａｐｈｒａｇｍｓａｒｅａｄｄｅｄｏｎｔｈｅａｎｃｈｏｒｃｒｏｓｓｂｅａｍｓｔｏｄｉｖｉｄｅｔｈｅａｎｃｈｏｒｃｈａｍｂｅｒｉｎｔｏ４ｃｅｌｌｓꎬｗｉｔｈｔｈｅｉｎｔｅｎｔｉｏｎｏｆｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｌｏａｄｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅａｎｃｈｏｒｃｒｏｓｓｂｅａｍｓｏｆｔｈｅｍａｉｎｃａｂｌｅ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｇｌｏｂａｌａｎｄｌｏｃａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｂｒｉｄｇｅｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅｌａｔｅｄｃｏｄｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ.Ｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄｂｙｔｈｅｂｕｉｌｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓꎬｔｈｅｂｒｉｄｇｅｗａｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｆｉｒｓｔａｓａｃａ￣ｂｌｅ￣ｓｔａｙｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬａｎｄｔｈｅｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄｔｏｂｅｔｈｅｆｉｎａｌｓｕｓｐｅｎｄｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬｗｈｉｃｈｉｓａｎｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｉｎｂｒｉｄｇｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｅｌｆ￣ａｎｃｈｏｒｅｄｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｂｒｉｄｇｅꎻｔｒａｎｓｉｔｂｒｉｄｇｅꎻｂｒｉｄｇｅｔｙｐｅꎻｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｙｓｔｅｍꎻａｎｃｈｏｒｎｏｄｅꎻｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓꎻｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎꎻｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅ
收稿日期:２０１９－０９－１１
作者简介:臧㊀瑜ꎬ教授级高工ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｚａｎｇｙｕ＠ｓｍｅｄｉ.ｃｏｍꎮ研究方向:大跨径桥梁结构设计ꎮ
重庆鹅公岩轨道大桥设计关键技术㊀㊀臧㊀瑜ꎬ戴建国ꎬ邵长宇
１㊀概㊀述
自锚式悬索桥以其结构造型美观㊁对地形和地质状况适应性强等优点受到工程界青睐ꎬ成为城市市区中小跨径桥梁极具竞争力的方案ꎬ国内外已有多座自锚式悬索桥建成ꎮ２０世纪９０年代建成的日本此花大桥和韩国永宗大桥２座自锚式悬索桥跨径均已达到３００ｍꎻ２１世纪建成的美国奥克兰海湾大桥采用独塔自锚式悬索桥ꎬ跨径达３８５ｍꎻ我国于
２０１６年建成通车的郑州桃花峪黄河大桥采用双塔自锚式悬索桥ꎬ跨径达４０６ｍꎮ
重庆鹅公岩轨道大桥由于邻近原鹅公岩大桥(２座桥中心距７０ｍꎬ净距小于４５ｍꎬ见图１)ꎬ造型要求与原鹅公岩大桥相同ꎬ采用悬索桥结构ꎬ主跨
６００ｍꎬ垂跨比１/１０ꎮ为了避免地锚结构对原鹅公岩大桥东侧隧道锚的影响ꎬ新桥采用自锚结构
ꎮ图１㊀重庆鹅公岩轨道大桥桥位平面
Ｆｉｇ.１ＰｌａｎＶｉｅｗｏｆＥｇｏｎｇｙａｎＲａｉｌＴｒａｎｓｉｔＢｒｉｄｇｅ
ｉｎＣｈｏｎｇｑｉｎｇ
２㊀主要技术标准
(１)桥上轨道交通:双线Ａｓ型车ꎬ８节编组ꎬ线
间距５.２ｍꎬ最高设计运行速度８０ｋｍ/ｈꎻ轨道结构:钢箱梁区段采用隔离式减振垫浮置板整体道床ꎬ混凝土箱梁区段采用短枕承轨台式整体道床ꎮ
(２)设计使用年限:桥梁主体结构为１００年ꎻ其他损坏㊁修复不影响轨道交通正常运营的结构为５０年ꎻ钢结构防腐体系为２０年ꎮ
(３)通航标准:设计洪水频率１/３００ꎻ设计最
高㊁最低通航水位分别为１９５.８４ｍ㊁１６１.４５ｍꎻ桥区河段航道等级为Ⅰ－(２)级ꎬ设计通航净空高度１８ｍꎬ按２４ｍ净空高度进行预留ꎻ通航论证要求主通
航孔跨过通航水域ꎮ
(４)抗震设防标准:抗震设防烈度６度ꎬ地震动峰值加速度０.０５ｇꎬ抗震措施按７度设置ꎮ(５)设计风速:离地面１０ｍ高㊁重现期１００年的１０ｍｉｎ平均最大风速２７.５ｍ/ｓꎮ
(６)安全系数:主缆㊁吊索对主要应力的安全系
数分别不小于２.５㊁３.０ꎻ一类稳定安全系数不小于
４.０ꎬ二类稳定安全系数(边缘屈服准则)钢结构和
混凝土结构分别不小于１.７㊁１.４ꎮ３㊀桥式方案确定
根据拟建桥梁的位置及功能特点ꎬ在方案构思阶段ꎬ主要遵循以下设计理念:①新建桥梁的建设应尽量减小对原鹅公岩大桥的影响ꎻ②通过列车走行性研究确保大桥的安全㊁适用ꎻ③新建桥梁的桥型应与原鹅公岩大桥协调ꎮ
对于主跨６００ｍ的桥梁ꎬ可选择的桥型方案包括悬索桥㊁斜拉桥㊁拱桥和桁梁桥ꎮ拱桥的刚度较大ꎬ但施工费用昂贵㊁施工周期较长ꎬ若按照一般情况将矢跨比取为１/５ꎬ则拱肋高度达１２０ｍꎻ若采用中承式拱桥ꎬ则需进一步增大跨径ꎬ增加了设计㊁施工难度ꎬ与周边环境亦不协调ꎬ因此不予考虑ꎮ若采用桁梁桥ꎬ属于超大跨径桥梁ꎬ施工难度及周期㊁造价等极不合理ꎮ因此ꎬ从技术㊁经济性而言ꎬ该桥桥型首选悬索桥和斜拉桥ꎮ对于６００ｍ跨径ꎬ普通斜拉桥在刚度和造价方面具有明显的优势ꎮ但是由于原鹅公岩大桥的存在ꎬ新㊁老桥梁塔高的差异以及斜拉索与垂直吊索的凌乱感ꎬ使得斜拉桥方案存在遗憾ꎮ
因此ꎬ从环境协调的角度考虑ꎬ悬索桥方案是不二之选ꎮ而常规地锚式悬索桥需设置锚碇ꎬ锚碇基础的开挖施工以及运营阶段的受力ꎬ都不可避免地会对原鹅公岩大桥的东岸隧道式锚碇产生非常不利的影响ꎮ
在选择初步方案的时候ꎬ考虑了２个重要因素:
①减小对原鹅公岩大桥锚碇的影响以规避安全风险ꎻ②控制新建桥梁的塔高以与原鹅公岩大桥景观协调ꎮ选取矮塔斜拉桥㊁自锚式悬索桥和矮塔斜
拉－自锚悬索组合桥３种桥型方案ꎬ从技术㊁经济㊁景观㊁施工等方面进行综合比较ꎬ最终选择采用自锚式悬索桥方案(图２)ꎬ桥跨布置为(５０＋２１０＋６００＋
２１０＋５０)ｍꎬ加劲梁采用钢箱－混凝土混合梁[１]ꎮ４㊀设计关键技术４.１㊀结构体系确定
自锚式悬索桥用于轨道专用桥尚无先例ꎬ这种偏柔的结构体系能否满足轨道运行的要求ꎬ在设计之初就得到了足够的重视ꎮ通过调研国内外大量的轨道桥及公轨合建桥梁ꎬ比较桥梁结构刚度ꎬ初步确定鹅公岩轨道专用桥的刚度标准为:竖向挠度ɤＬ/４００(Ｌ为桥梁跨度)ꎻ梁端竖向转角ɤ２.０ɢ(单侧)㊁水平转角ɤ１.０ɢ(双侧)ꎮ
该桥通过五跨连续的布置ꎬ控制了跨中挠度㊁梁端转角等ꎬ满足列车运营刚度要求ꎮ全桥采用半飘３
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桥梁建设㊀ＢｒｉｄｇｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ２０２０ꎬ
５０(４)
图２㊀重庆鹅公岩轨道大桥桥式立面布置
Ｆｉｇ.２ＥｌｅｖａｔｉｏｎＶｉｅｗｏｆＥｇｏｎｇｙａｎＲａｉｌＴｒａｎｓｉｔＢｒｉｄｇｅｉｎＣｈｏｎｇｑｉｎｇ
浮体系ꎬ在过渡墩㊁锚墩及桥塔处设置竖向支承ꎬ在桥塔处还设置了纵向阻尼装置和横向抗风支座ꎮ约束系统沿桥梁中心线对称布置ꎬ１/２约束系统布置见图
３ꎮ
图３㊀１/２约束系统布置Ｆｉｇ.３１/２ＲｅｓｔｒａｉｎｔＳｙｓｔｅｍ
对该桥进行详细的列车走行性分析ꎬ结果表明:列车过桥运行的平稳性和安全性均满足要求ꎻ轮重减载率㊁脱轨系数㊁车体竖向振动加速度㊁车体横向振动加速度均满足要求ꎻ横向和竖向斯佩林指标评价均为 优秀 ꎮ
４.２㊀主要结构设计４.２.１㊀加劲梁
该桥加劲梁除了具有自锚式悬索桥的固有特性外ꎬ还具有以下特点:①功能方面ꎬ加劲梁不仅作为轨道车辆行驶的载体ꎬ而且由于自锚式悬索桥主缆集中锚固在加劲梁端部ꎬ加劲梁需要承受巨大的轴力ꎬ加劲梁在主缆锚固点之间必须保持连续ꎬ主缆与加劲梁间协同受力ꎻ②施工顺序方面ꎬ一般必须先架设加劲梁ꎬ然后借助于反复张拉吊索完成荷载向吊索和主缆的转移ꎻ③设计构造上ꎬ应考虑主缆在加劲梁上散索锚固ꎬ加劲梁还要具备斜拉法架梁和张拉吊索等施工可行性ꎮ
加劲梁采用钢箱－混凝土混合梁ꎬ主跨及边跨采用钢箱梁ꎬ梁高４.５ｍꎬ锚跨及锚固段采用混凝土梁ꎬ在边跨设置钢－混结合段ꎮ根据总体布置要求ꎬ桥面宽度为２２ｍꎬ主缆横向间距１９.５ｍꎮ吊索为平行吊索ꎬ为增加加劲梁横向刚度并减小吊索对钢箱梁边腹板的局部弯矩ꎬ边腹板贴近吊索布置ꎮ钢箱梁标准横断面见图
４ꎮ
图４㊀钢箱梁标准横断面
Ｆｉｇ.４ＴｙｐｉｃａｌＣｒｏｓｓＳｅｃｔｉｏｎｏｆＳｔｅｅｌＢｏｘＧｉｒｄｅｒ
４.２.２㊀桥塔
桥塔是体现桥梁整体景观特色的重要组成部分ꎮ新建轨道专用桥桥塔的外形采用与原鹅公岩大桥一致的形式ꎮ２个桥塔塔顶高度一致ꎬ塔身外观呈门形ꎬ桥塔两侧立柱竖向按１００ʒ４.６５内收ꎮ桥塔按全截面受压构件设计ꎬ设有避雷装置ꎮ桥塔结构布置见图５ꎮ
４.２.３㊀缆吊系统
缆吊系统包括主缆㊁吊索㊁索夹㊁主鞍座和散索套等ꎮ
主缆由３跨组成ꎬ主跨理论跨径６００ｍ㊁理论垂跨比１/１０ꎬ边跨理论跨径２１０ｍꎮ主缆在横断面上布置为平行双缆面ꎬ中心距为１９.５ｍꎮ塔顶设主索鞍ꎬ主缆通过主索鞍绕至边跨ꎬ边跨主缆通过散索套分散锚固在加劲梁上ꎮ主缆采用ＰＰＷＳ平行钢丝索股ꎬ每根主缆由９２束索股组成ꎬ每束索股采用
１２７ϕ５.３ｍｍ锌铝合金镀层高强钢丝ꎬ热铸锚具ꎮ全桥边㊁中跨均设吊索ꎬ共设１２２个吊点ꎬ顺桥４
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重庆鹅公岩轨道大桥设计关键技术㊀㊀臧㊀瑜ꎬ戴建国ꎬ
邵长宇
图５㊀桥塔结构布置
Ｆｉｇ.５ＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆＴｏｗｅｒ
向间距１５ｍꎮ由于自锚式悬索桥采用先梁后缆的顺序施工ꎬ在体系转换过程中需要多次张拉吊索才能形成悬索体系ꎬ所以吊索必须具备张拉条件ꎮ吊索采用ＰＳＳ平行钢丝束ꎬ上端与主缆索夹采用销铰式连接ꎬ下端与加劲梁采用锚箱承压方式连接ꎬ张拉端位于加劲梁箱体内ꎮ吊索上端设销铰ꎬ下端设冷铸锚具ꎮ
４.２.４㊀基础和下部结构２个桥塔单幅承台下均布置９根ϕ３.０ｍ钻孔
灌注桩ꎬ桩基础设计为嵌岩桩基础ꎬ桩长１６ｍꎮ根据地勘资料ꎬ桩基础持力层为微风化砂质泥岩ꎬ天然抗压强度标准值不小于９.０ＭＰａꎮ承台及系梁采用钢筋混凝土结构ꎮ
４.３㊀锚固节点研究
自锚式悬索桥的受力特点是将主缆的水平力传递给加劲梁ꎮ已建的自锚式悬索桥主跨跨径最大４０６ｍꎬ垂跨比一般在１/５左右ꎮ为了总体景观的协调性ꎬ鹅公岩轨道大桥由于主跨跨径的突破ꎬ且垂跨比与原鹅公岩大桥保持一致ꎬ导致其主缆水平力远超同类桥型ꎬ主缆在加劲梁上的锚固节点成为极其关键的结构构造ꎮ
该桥主缆在加劲梁上的锚固结构采用混凝土结构ꎬ通过设置钢－混结合段进行加劲梁的纵向传力[２]ꎮ若锚固段设计采用常规方案ꎬ则端横梁厚度至少需要８ｍꎬ高度超过１０ｍꎮ端横梁高度尺寸过大将给设计㊁施工带来极大挑战[３]ꎮ为使锚固横梁受力与传力更为合理ꎬ该桥采取在锚固横梁上增设竖向隔板和水平隔板的优化传力构造ꎬ即为分舱室的分散式锚固方案[４]ꎬ如图６所示ꎮ通过增设的竖向隔板和水平隔板ꎬ将锚固箱室分成４个小舱室后ꎬ
该桥锚固横梁厚度可以减小到５.５ｍꎬ且局部应力水平更低[５]ꎮ
４.４㊀桥梁总体稳定及局部稳定分析
由于自锚式悬索桥主缆锚固于加劲梁的两端ꎬ使得主缆巨大的拉力全部由加劲梁承担ꎬ造成加劲梁承受巨大的轴压力ꎬ其静力稳定问题比较突出ꎻ并且由于焊接工艺和安装工艺等方面的限制ꎬ现代自锚式悬索桥加劲梁一般采用高强薄壁钢板组成的箱形截面梁ꎬ相对于桥梁断面的尺寸ꎬ钢板一般比较薄ꎬ而薄壁钢板在轴压力下容易发生局部失稳问题ꎮ基于以上两方面原因ꎬ自锚式悬索桥加劲梁的整体稳定和局部稳定问题均比较重要[６￣７]ꎮ
通过进行二类稳定(弹塑性稳定)计算[８]对该桥总体稳定性进行评估ꎮ采用ＡＮＳＹＳ软件建立全桥三维模型ꎬ对成桥阶段主要组合(恒载＋列车荷载＋人群荷载＋风荷载)下桥梁的弹塑性承载能力进行分析ꎮ根据成桥组合下加劲梁和桥塔的受力特点ꎬ选取加劲梁正弯矩最大㊁负弯矩最大及桥塔塔底截面弯矩最大等加载工况对结构进行加载ꎬ加载方式分２种:①恒载保持不变ꎬ增加可变荷载(列车㊁人群及风荷载)ꎻ②增加恒载和可变荷载[９]ꎮ参考苏通大桥的研究报告ꎬ采用边缘屈服准则ꎬ将加劲梁截
图６㊀主缆锚固方案
Ｆｉｇ.６ＡｎｃｈｏｒＳｃｈｅｍｅｆｏｒＭａｉｎＣａｂｌｅ
５
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桥梁建设㊀ＢｒｉｄｇｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ２０２０ꎬ５０(４)
面边缘屈服或塔柱截面边缘压应力达到２９.８ＭＰａ
作为该桥梁㊁塔达到屈服的判别条件[１０]ꎮ分别采取上述２种加载方式进行计算ꎬ得到该桥二类稳定加载系数ꎬ结果表明:２种加载方式下ꎬ加劲梁破坏形态均为桥塔处梁底截面下缘压应力首先达到屈服ꎬ桥塔破坏形态均为塔底截面强度破坏ꎮ
通过多尺度模型[１１]进行局部稳定分析ꎬ全桥采用杆系单元模拟ꎬ加劲梁跨中段采用精细壳单元模拟(图７)ꎮ对加劲梁跨中段精细壳单元模型的计算结果进行单独分析ꎬ在整体失稳极限状态下ꎬ考察各个板件的屈曲状态ꎬ以判断各板件是否在整体失稳前先行发生屈曲ꎮ结果表明:在上述第２种加载方式下ꎬ该桥的整体稳定系数为４.３ꎬ在出现整体失稳时ꎬ钢箱梁主要板件不会发生局部屈曲
ꎮ
图７㊀多尺度计算模型
Ｆｉｇ.７Ｍｕｌｔｉ￣ｓｃａｌｅＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎＭｏｄｅｌ
４.５㊀斜拉法架梁及体系转换
自锚式悬索桥的特点要求其施工顺序为先梁后缆ꎬ已建同类桥均采用顶推法或吊装法施工加劲梁ꎬ而该桥桥位处于繁忙的长江航道ꎬ不能采用临时墩架梁方案ꎮ根据该桥的建设条件和结构特性ꎬ在施工上具有以下特点:①因为新建桥梁与已建原鹅公岩大桥距离很近ꎬ所以施工过程中需要考虑对老桥的影响ꎬ避免危及老桥的安全ꎻ②对于先梁后缆的施工顺序ꎬ由于长江航道不可能搭设临时支架ꎬ因此必须采用斜拉索为加劲梁提供临时支撑ꎬ即必须采用斜拉法完成加劲梁的架设及合龙ꎻ③主桥边跨位
于浅滩或岸坡ꎬ边跨钢梁的运输和吊装无法采用水上作业ꎻ④在柔性体系上进行体系转换ꎬ对施工时主缆索股线形的控制要求更高ꎬ吊杆施工过程中需要进行多次张拉ꎮ
针对以上特点ꎬ确定该桥的施工方案为 先斜拉后悬索 ꎬ具体步骤为:就地浇筑边墩和桥塔ꎬ在桥塔上安装临时钢塔ꎬ边跨加劲梁采用顶推法施工ꎻ采用临时斜拉索ꎬ运用斜拉桥的施工工艺架设中跨加劲梁ꎻ跨中合龙建成斜拉桥后ꎬ再安装主缆ꎬ张拉吊索ꎬ体系逐步由斜拉桥转换为斜拉－悬吊组合体系结构ꎬ然后拆除斜拉索ꎬ体系转换为自锚式悬索桥[１２]ꎮ
５㊀结㊀语
由于桥位建设条件的限制以及城市景观设计的要求ꎬ鹅公岩轨道大桥主桥采用自锚式悬索桥结构ꎮ该桥跨径在同类型桥梁中有较大的超越ꎬ设计中采用了多项创新技术ꎬ并开创性地运用 先斜拉后悬索 的施工方案ꎬ力求使结构设计㊁施工㊁维护更趋合理ꎮ通过精细化的设计和多项专题研究ꎬ重点解决桥梁的稳定㊁关键节点的设计以及施工过程的控制ꎬ确保桥梁安全㊁顺利地建造和运营ꎮ该桥于
２０１４年开工建设ꎬ２０１９年９月开始试运营ꎬ２０１９年底正式通车运营ꎬ桥梁实景如图８所示
ꎮ
图８㊀鹅公岩轨道大桥实景
Ｆｉｇ.８ＥｇｏｎｇｙａｎＲａｉｌＴｒａｎｓｉｔＢｒｉｄｇｅ
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(ＹＵＡＮＹｉꎬＹＩＬｕｎ￣ｘｉｏｎｇ.ＤｅｓｉｇｎａｎｄＫｅｙＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ
ｏｆＧｕｔｉａｎＳｅｌｆ￣ＡｎｃｈｏｒｅｄＳｕｓｐｅｎｓｉｏｎＢｒｉｄｇｅｉｎＷｕｈａｎ
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(ＺＡＮＧＹｕꎬＤＡＩＪｉａｎ￣ｇｕｏꎬＳＨＡＯＣｈａｎｇ￣ｙｕ.Ｐｌａｎｎｉｎｇ
＆ＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｊｅｃｔｏｆ
ＥｇｏｎｇｙａｎＳｐｅｃｉａｌＲａｉｌｗａｙＢｒｉｄｇｅｉｎＣｈｏｎｇｑｉｎｇ[Ｊ].Ｃｈｉ￣
ｎａＭｕｎｉｃｉｐａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０２０(１):３３－３７.ｉｎＣｈｉ￣
ｎｅｓｅ)
[９]㊀ＳｈｅｎＲｕｉｌｉꎬＢａｉＬｕｎｈｕａꎬＺｈａｎｇＳｏｎｇｈａｎ.ＵｌｔｉｍａｔｅＣａ￣ｐａｃｉｔｙｏｆＮａｒｒｏｗＴｙｐｅＳｔｅｅｌＢｏｘＳｅｃｔｉｏｎｆｏｒＲａｉｌｗａｙＳｅｌｆ￣
ＡｎｃｈｏｒｅｄＳｕｓｐｅｎｓｉｏｎＢｒｉｄｇｅｕｎｄｅｒＢｉａｓＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ
[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｄＳｔｅｅｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎꎬ２０１９ꎬ１５(２):１７３
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(ＳＨＥＮＲｕｉ￣ｌｉꎬＣＨＥＮＧＸｉｎꎬＢＡＩＬｕｎ￣ｈｕａꎬｅｔａｌ.
ＳｔｕｄｙｏｎＳｔａｔｉｃＵｌｔｉｍａｔｅＢｅａｒｉｎｇＣａｐａｃｉｔｙａｎｄＳａｆｅｔｙＥ￣
ｖａｌｕａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｏｆＳｅｌｆ￣ＡｎｃｈｏｒｅｄＳｕｓｐｅｎｓｉｏｎＢｒｉｄｇｅｓ
[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＳｏｃｉｅｔｙꎬ２０１７ꎬ３９
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[１１]㊀王春江ꎬ戴建国ꎬ臧㊀瑜ꎬ等.自锚式钢箱梁悬索桥静力稳定性分析[Ｊ].桥梁建设ꎬ２０１９ꎬ４９(２):４７－
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(ＷＡＮＧＣｈｕｎ￣ｊｉａｎｇꎬＤＡＩＪｉａｎ￣ｇｕｏꎬＺＡＮＧＹｕꎬｅｔａｌ.
ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＳｔａｔｉｃＳｔａｂｉｌｉｔｙｏｆＳｅｌｆ￣ＡｎｃｈｏｒｅｄＳｕｓｐｅｎｓｉｏｎ
ＢｒｉｄｇｅｗｉｔｈＳｔｅｅｌＢｏｘＧｉｒｄｅｒ[Ｊ].ＢｒｉｄｇｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎꎬ
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２０１８.
(ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ.ＲｅｓｅａｒｃｈＲｅｐｏｒｔｆｏｒ
ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅＳｅｌｆ￣ＡｎｃｈｏｒｅｄＳｕｓｐｅｎｓｉｏｎ
ＢｒｉｄｇｅＣａｌｌｅｄＥｇｏｎｇｙａｎＳｐｅｃｉａｌＲａｉｌｗａｙＢｒｉｄｇｅｏｎ
ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＲａｉｌＬｏｏｐＬｉｎｅ[Ｒ].Ｃｈｅｎｇｄｕ:２０１８.ｉｎ
Ｃｈｉｎｅｓｅ)
ＺＡＮＧＹｕ
臧㊀瑜
１９６０－ꎬ男ꎬ教授级高工
１９８３年毕业于上海交通大学力学
专业ꎬ工学学士ꎮ研究方向:大跨径
桥梁结构设计
Ｅ￣ｍａｉｌ:ｚａｎｇｙｕ＠ｓｍｅｄｉ.ｃｏｍ
ＤＡＩＪｉａｎ￣ｇｕｏ
戴建国
１９７３－ꎬ男ꎬ教授级高工
１９９６年毕业于同济大学地下结构
专业ꎬ工学学士ꎬ１９９９年毕业于同
济大学结构工程专业ꎬ工学硕士ꎮ
研究方向:大跨径桥梁结构设计
Ｅ￣ｍａｉｌ:ｄａｉｊｉａｎｇｕｏ＠ｓｍｅｄｉ.ｃｏｍ
ＳＨＡＯＣｈａｎｇ￣ｙｕ
邵长宇
１９６３－ꎬ男ꎬ教授级高工
１９８４年毕业于同济大学桥梁工程
专业ꎬ工学学士ꎬ２００７年毕业于同
济大学桥梁工程专业ꎬ工学博士ꎮ
研究方向:大跨径桥梁结构㊁组合结
构桥梁
Ｅ￣ｍａｉｌ:ｓｈａｏｃｈａｎｇｙｕ＠ｓｍｅｄｉ.ｃｏｍ
７８。