大渡河桥创新设计

重力锚
第三部分 主要结构设计 ¾高强钢拉杆锚碇锚固系统
锚碇锚固系统
锚垫板
联接器平板
锚体混凝土
钢拉杆拉力
索股拉力
3
第三部分 主要结构设计
¾主塔塔身
塔柱总高188m，四角倒圆 顶面尺寸8.6m×5.8m 底面尺寸12.3m×8.2m 壁厚0.8、0.9、1.0m 三道波形钢腹板组合横梁 混凝土总用量26291m³
咱里桥位
50年超越概率
10%
2%
100年超越概率
10%
3%
基岩 地表
215
370
275
415
275
490
345
545
风速（m/s） 风速（m/s）
第二部分 主要建设条件
风场条件
¾风环境复杂
设计基准风速32.6m/s(0°攻角),与国内其它山区大跨悬索桥相当
局部热力驱动效应明显，风攻角和风向角较大，大风时段长
场地条件
康定岸地势较缓
雅安岸地形陡峭
第三部分 主要结构设计
主梁和桥道系
¾主梁
主桁、横梁为带竖腹杆的华伦式结构，上、下平联均采用K形体系 主桁桁宽27.0m、桁高8.2m，宽跨比1/40.7，高跨比1/134.1 采用Q345D钢材，主梁节间长度10m，每一节间处设一道横梁
¾桥道系
采用纵向工字梁与混凝土桥 面板的钢－混组合结构形式
12时过后风速迅速增大
第二部分 主要建设条件
¾场地条件受限
大渡河不具水运条件，只能汽车运输 雅安岸地形陡峭、场地布置、便道修建困难 康定岸地势较缓，主要场地宜布置在康定岸 临水平台土地平整可作为主梁拼装场地 库区静水，深50m、宽580m，便于浮箱运输
318国道
库区静水便 于场地水运
主梁拼装场
雅安岸 康定岸 雅安岸 康定岸
覆盖土层失稳
大规模覆盖土层 失稳 左侧覆盖土层 失稳
人工边坡稳定性
边坡失 稳危害
极大 极大 极大 极大
大 无
自然边 便道边坡 主墩平台 锚洞围岩 综合
坡防治 稳定性
边坡 稳定性 评价
无法防治 差
不稳定 难度大
极差 无法
不稳定
防治
无法防治 差
好
难度极大
可防治 难度大
较好 差
3×34(30)m连续梁桥+1100m单跨悬索桥+3×34m+3×34m连续梁桥
第二部分 主要建设条件
¾ 高难度的设计目标
№1 风险可控、安全可靠 №2 造价经济合理 №3 预留枢纽立交、安检站 №4 养护维修方便
¾ 复杂的建设条件
№1 地形、地质复杂 №2 地震烈度高 №3 边坡稳定问题突出 №4 风环境复杂 №5 电站、移民安置区 №6 施工条件困难
轴力
剪力
弯矩
雅
塔底 126500 63620 2711000 125300 62720 2662000 125700 62820 2666000
安
侧
承台底 198500 258600 3266000 197500 258000 3217000 198000 257500 3215000
康
塔底 202800 84000 4242000 203500 82290 4151000 203000 83210 4216000
组合横梁
z 钢筋混凝土横梁：抗剪无法满足要求，能需比一般只有0.6～0.8 z 钢横梁：塔—梁结合部受力难以通过 z 组合横梁：强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件
ห้องสมุดไป่ตู้
z 钢筋混凝土横梁：抗剪无法满足要求，能需比一般只有0.6～0.8 z 钢横梁：塔-梁结合部受力难以通过 z 组合横梁：强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件
z 主缆需要向外偏转，使得塔 顶主索鞍必须横向平弯，增 大制造复杂程度，对索塔也 会产生不利的横向力
隧道锚与隧道立面重叠
净距 ≥2H
加大外 张角度
横向分力 26550kN
6.2度
第四部分 总体设计创新
桥隧相接布局创新
¾ 创新设计
隧道锚设置于左右线分离式隧道之间
泸定隧道
z 主缆和隧道锚的布置完全 不受相连公路隧道的影响
不稳定 可防护 不稳定 可防护
差 防治
难度
好
大
可防治
较好
不稳定 可防护
好 可
防治
上坝桥位岸坡稳定性最差，且无法处治 中坝桥位防治难度大，残余风险高
咱里高桥位最优
第四部分 总体设计创新
桥隧相接布局创新
¾ 传统设计
悬索桥隧道锚置于公路隧道外侧
z 需尽量压缩公路隧道左右线 的间距，甚至不得不采用连 拱隧道等特殊形式，致使隧 道施工难度大、风险高
中坝
左岸边坡 高500m
上坝
左岸边坡 高550m
趋利避害选择桥位
右岸边坡 高240m
右岸边坡 高1000m
右岸边坡 高1000m
第四部分 总体设计创新
趋利避害选择桥位
¾ 边坡稳定性能决定推荐桥位
桥位
边坡稳定性
上坝 桥位
雅安岸 康定岸
大规模风化卸荷 带失稳 岩体顺外倾结构 面大规模失稳
中坝 桥位
咱里 桥位
弯矩比 1.00 1.05 1.00 1.39 1.00 1.59 1.00 1.46
5
第五部分 抗震设计创新
耗能型中央扣
¾铰接式耗能型中央扣
耗能杆件
关节轴承耳环 调节螺母 核心耗能单元 滑动机制单元 约束单元
普通刚性中央扣
柔性中央扣
第五部分 抗震设计创新 ¾铰接式耗能型中央扣
项目
无 刚性 柔性 耗能 中央扣 中央扣 中央扣 中央扣
第三部分 主要结构设计
隧道锚
¾雅安岸隧道锚
左右线锚碇均长159m 锚碇总开挖方量41932m³ 混凝土用量29690m³
第三部分 主要结构设计
¾康定岸重力锚
底面尺寸86m(长)×60m(宽) 总高度56m 设计线以下最大埋深33.4m 设计线以下开挖方量211707m³ 混凝土用量89714m³
技术标准 双向四车道高速公路
80km/h 整体式24.5m、分离式12.25m
公路-Ⅰ级
第一部分 工程基本概况
¾桥位—咱里高桥位
设计推荐 边坡稳定第三方认证 交通运输部批复
桥位、桥轴
2018，1100×24.5 1951，132×4.5
1706，103×3
第一部分 工程基本概况
桥跨
¾桥跨—1100m单跨悬索桥
雅康高速公路泸定大渡河特大桥
创新设计
第一部分
工程基本概况
提
第二部分
主要建设条件
纲
第三部分
主要结构设计
第四部分
总体设计创新
第五部分
抗震设计创新
第六部分
抗风设计创新
第七部分
边坡设计创新
第一部分 工程基本概况
线路、标准
草坝
对岩
雅安
天全
新沟
二郎山隧道
泸定
紫石
大渡河特大桥
康定
项目 公路等级 设计速度 桥梁宽度 设计荷载
主梁用钢量为9095吨 桥道系用纲量3169吨
2
第三部分 主要结构设计
¾主缆
1/9矢跨比，计算跨径：220m+1100m+253m PPWS制作，单缆：187×91×φ5.3mm钢丝 镀锌高强钢丝标准强度为1860MPa 主缆防护采用S形缠绕钢丝，除湿系统
单缆断面
主缆系统
主缆共重1.03万吨
中横梁Ⅱ 1057743
847575 1114768
下横梁 1219799 1327432
比值 0.99 0.95 0.94 0.93 1.00 0.97 0.95 0.92
波形腹板 52541 76647 87924 97283 49505 69186 84557 92314
剪力 直腹板 53041 80393 93488 104991 46399 72593 86768 100405
第二部分 主要建设条件 ¾地质条件
蚀变二长 花岗岩
闪长岩
地质条件
巨厚冰碛层 密实碎石土
第二部分 主要建设条件
¾抗震要求高
位于三大断裂带交汇区域 距活动断裂带—鲜水河断裂带约22km 地震动参数高，地震基本烈度：Ⅷ度 未受芦山7.0级地震影响
地震场地条件
鲜水河断裂带 大渡河桥
大渡河桥
地震安评成果(gal)
塔高相差8m 主梁无质量
塔高 雅安187 康定187 雅安187 康定195 雅安187 康定205 雅安187 康定195
截面 塔底 塔底 塔底 塔底 塔底 塔底 塔底 塔底
轴力 kN 173093 173307 171936 169486 171725 169014 165279 160120
弯矩 kN-m 2924360 3058713 2575360 3583494 2677591 4261762 2404525 3514611
10
30
月最大风速
日常大风均值
28
月最大风速波动规律
8 日平均风速变化规律
26
24
6
22
20
4
18
16
2
14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 时间 （月）
0
4
8
12 16 20 24
时间 （h）
每年的6～11月份最大风速最小
0～12时平均风速5m/s以下
12月至第二年5月期间风速较大
S型缠丝
第三部分 主要结构设计
吊索、索夹、中央扣
¾吊索
纵向双吊索，单根：91×φ5.0mm钢丝 镀锌高强钢丝标准强度为1770MPa
¾索夹
上下夹紧索夹，高强螺栓上下夹紧
¾中央扣
第三部分 主要结构设计
¾主索鞍
铸焊结合，纵向分两半制作，吊重60t内
索鞍
¾散索鞍
模块化滑转式结构 上部鞍体+下部柱面钢支座 可有效减低散索鞍总高度
第五部分 抗震设计创新
组合横梁
¾波形钢腹板钢混组合横梁
波形腹板与直腹板
横梁部位
波形腹板
弯矩 直腹板
上横梁 525839 532228
中横梁Ⅰ 907978 雅安侧
中横梁Ⅱ 1141373
958535 1215111
下横梁 1324025 1417659
上横梁 478281 476871
中横梁Ⅰ 819422 康定侧
第四部分 总体设计创新 ¾ 抗灾能力一票否决
大坝坡脚
趋利避害选择桥位
泸定西支断裂 四湾大型滑坡
四湾桥位的大渡河特大桥与二郎山隧道、泸定西支断裂带、四湾特大型 滑坡、泸定电站设施等相互重叠干扰严重、关联影响极大、安全风险极高
4
第四部分 总体设计创新 ¾ 边坡稳定性能决定推荐桥位
咱里
左岸边坡 高400m
主塔塔身
第三部分 主要结构设计
¾约束体系
HDR支座
耗能中央扣
约束体系
HDR支座
纵向阻尼器
水平力分散型支座
竖向拉压支座 横向抗风支座 纵向阻尼装置
竖向拉压支座 横向抗风支座 纵向阻尼装置
纵向阻尼器
第四部分 总体设计创新 ¾ 特大连续纵坡
大渡河特大桥
冬季积雪 结冰线
趋利避害选择桥位
康定止点 高程2460m
比值 0.99 0.95 0.94 0.93 1.07 0.95 0.97 0.92
第五部分 抗震设计创新 ¾1：4缩尺模型试验
荷载—位移滞回曲线
组合横梁试验验证
z 横通道为施工期运输通道 z 泸定隧道可作为施工场地
车行横通道 隧道锚
第四部分 总体设计创新
主梁选择
¾钢桁梁自重大，但对主塔地震力影响甚微
地震作用下，桥塔地震响应的主要贡献来自于桥塔自身
位置
钢桁梁/钢-混叠合桥道系 主梁296KN/m
轴力
剪力
弯矩
钢箱梁 主梁165KN/m
轴力
剪力
弯矩
钢桁梁/正交异性钢桥道系 主梁205KN/m
康
塔底
1.00
1.00
1.00
1.00
0.98
0.98
1.00
0.99
0.99
定
侧
承台底 1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
0.98
1.00
1.00
0.99
第四部分 总体设计创新
塔高选择
¾大桥对称设计是高烈度地震区合理选择
桥塔高度一致更利于提高大桥纵向抗震性能
工况
塔高 相同
塔高 相差8m
塔高 相差18m
1
第二部分 主要建设条件
气象水文条件
¾气象条件
中亚热带季风气候，干燥、多风、光热充足、降水不足，昼夜温差较大 多年平均气温15.5℃，平均相对湿度66%，平均降雨量642.9mm
¾水文条件
位于泸定电站库区，水库正常蓄水 位1378.0米，最高蓄水位1381.2米， 最低蓄水位1370.0米，总库容2.195 亿立方米，装机容量880MW
主梁应力 MPa
162
734
399
398
主梁位移 mm
2461
898
864
819
中央扣应力 MPa
602 4558
注：未计入阻尼器，主梁弦杆壁厚不变
耗能型中央扣
索塔弯矩 -17%
索塔剪力 -20%
第五部分 抗震设计创新 ¾波形钢腹板钢混组合横梁
组合横梁
第五部分 抗震设计创新 ¾波形钢腹板钢混组合横梁
定
侧
承台底 261100 292800 4924000 261700 292300 4820000 261400 292600 4892000
雅
塔底
1.00
1.00
1.00
0.99
0.99
0.98
0.99
0.99
0.98
安
侧
承台底 1.00
1.00
1.00
0.99
1.00
0.98
1.00
1.00
0.98
高差 890m
第四部分 总体设计创新 ¾ 桥位合理区间
泸定
趋利避害选择桥位
康定
二郎山隧道 出口高程 1571m
章古
第四部分 总体设计创新 ¾ 桥位合理区间
趋利避害选择桥位
桥位 桥面高程 四湾桥位 1500 咱里低桥位 1563 咱里高桥位 1610 中坝桥位 1695 上坝桥位 1709
桥高 180 185 232 317 331