株洲湘江四桥部分斜拉桥设计
基于刚度相似原理的斜拉桥模型设计方法
想模型几何缩尺比、材料等；３）理想模型计算，确定各种响应是否满足试验要求；４）从理想模型到实际
到鬣嬲 刊釜翼葆簇量 模型的简化、配重设计等；５）实际模型设计计算。设计流程如图１。 理想模型计算
实际模型计算
２．１原型工程概况
Ｆｉｇ．１
图１斜拉桥模型设计流程
Ｄｅｓｉｇｎ ｆｌｏｗ ｏｆ ｓｍａｌｌ—ｓｃａｌｅｄ ｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅ
万方数据
第４期
项贻强等：基于刚度相似原理的斜拉桥模型设计方法
分析数据与原型实桥试验数值计算结果相比较。
图３斜拉桥理想模型的空间有限元模型 Ｆｉｇ．３ ＦＥＭ ｏｆ ｖｉｒｔｕａｌ ｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄ ｍｏｄｅｌ ｂｒｉｄｇｅ
表２有限元模型主要物理参数取值 Ｔａｂ．２ Ｍａｉｎ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ＦＥＭ
１０３
商
Ｆｉｇ．２
图２文晖大桥斜拉桥立面图 Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅ ｉｎ Ｗｅｎｈｕｉ Ｂｒｉｄｇｅ
２．２理想模型设计 ２．２．１理想模型的总体设计
理想模型要求既满足静力相似，又满足动力相似及边界条件的相似。模型设计时首要考虑的问题 是几何缩尺比。确定缩尺比应综合考虑试验目的、实验室空间、试验加载空间、测试精度等各种因素。 为此，根据有关的试验场地，取理想模型桥的几何缩尺比为１：５５进行设计，这时，模型总长８１１ｃｍ。
第２５卷第４期 ２０１０年８月
实验力 学
ＪＯＵＲＮＡＩ。ＯＦ ＥＸＰＥＲ；ＭＥＮＴＡＬ ＭＥＣＨＡＮＩＣＳ
Ｖ０１．２５ ＮＯ．４ Ａｕｇ．２０１０
文章编号：１００１—４８８８（２０１０）０４—０４３８—０７
基于刚度相似原理的斜拉桥模型设计方法’
连续钢构、斜拉、悬索、拱桥桥梁结构参数统计
桥梁参数统计一、连续刚构：连续刚构桥是墩梁固结的连续梁桥。
一般边跨长度取中跨长度的0.5～0.8倍，对于钢筋混凝土连续梁宜取大值；对于预应力连续梁宜取偏小值，以增加边跨刚度，减小活载弯矩的变化幅度，减少预应力筋的数量。
边跨长度过短，边跨桥台支座将会产生负反力，支座与桥台必须采用相应抗拔措施或边梁压重来解决。
应该注意到，边跨的长度与连续梁的施工方法有关，如采用悬臂法施工，考虑到一部分边跨是采用悬臂施工外，剩余一部分边跨需要在脚手架上施工。
为减小支架及现浇段长度，边跨长度以取不超过中跨长度的0.65倍。
对于公路多跨连续钢构桥，箱梁根部梁高可取用（1/17～1/20）L，跨中可取（1/50～1/60）L；对于铁路桥，因活载较大，箱梁根部梁高可取（1/15～1/16）L，跨中可取（1/30～1/50）L。
多跨连续钢构，由于结构上墩梁固结，为减小次内力的敏感性，必须选择抗压刚度大，抗推抗度小的单壁或双壁的薄壁墩，使墩适用梁结构的变形。
一般情况下，在初步设计选择墩尺寸时，其长细比可为16～20。
双薄壁墩的中距与主跨的比值在1/20～1/25之间。
我国已建成的大跨径预应力混凝土连续梁桥表2-1-7（桥梁工程上册范立础编P80）2我国已建成的大跨径预应力混凝土连续钢构桥表2-1-8（桥梁工程上册范立础编P81）34世界大跨径混凝土梁式桥5表4.1（中国现代桥梁P392）67二、矮塔斜拉桥：矮塔斜拉桥塔较矮，梁较钢，索的贡献小，接近于带有体外索的连续梁。
在跨径150～250m范围内，是一种较经济的桥型。
目前世界上日本修的最多，最大跨径已达到275m（木曾川桥），在我国已得到较快的发展，如漳州战备大桥（跨径132m），兰州小西湖黄河大桥（跨径136m），芜湖长江大桥（跨径312m，钢桁梁），除芜湖长江大桥采用钢结构以外，其余均为混凝土结构。
矮塔斜拉桥桥面以上塔高与跨径之比为1/7.4～1/14，多数在1/8～1/12之间，只有一般斜拉桥的一半。
湘潭市湘江四桥自振特性的计算与研究
阶
数 １ 频率／ ｚ Ｈ ０
．
湘潭市湘江 四大桥 主桥 结构为跨 度 １０ｍ＋４ ０ｍ ＋１０ｍ 全 桥拱 划分节点 ６ ２ 个 ， ２ ０ ２ ７４ ５ 单元 １ ７３ ３个。 ９ ０ 的斜拉飞燕式钢管混凝土系杆拱 桥。桥 面全宽 ２ 主跨桥面系 ７ｍ，
一
中跨主拱与主 阶异步对称横弯
０ ４ ２３ １ ２
４ ４０ １ ０
中跨 主拱 与主梁 同步 二阶反对称横弯
４
０ ４ ４２ ２ ８
０ ４ ４３ ５ ６
全桥反对称二阶竖弯
１ 有 限元计 算理 论与 模型建 立
有限元计算结构无阻尼 自由振动方程为 ：
５ ６ ０ ４ ０２ ．９ ９ ０
维普资讯
第３ ３卷 第 １ １期
２０ ０ ７ 年 ４ 月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥ（ ＵＲＥ
Ｖｌ． ３ Ｎｏ． １ ｎ ３ １ １
Ａ ｒ ２ ０ ｐ． ０ ７
・３ １ ・ ０
文章编号 ：０ ９６ ２ （０ ７ １．３ １０ １０ —８ ５ ２０ ）１０ ０ —２
中跨主拱 与主梁扭转
０ ８ ９５ ．３ ５
拱的腹 杆、 主拱横撑 、 边跨 主梁 、 跨横梁 、 边 主塔 、 、 桩 钢横 梁采 用
空间梁单元 Ｂ ａ ４模拟 ， 拉 索 、 ｅｍ４ 斜 系杆 、 吊杆 、 预应 力 钢筋 采用 Ｌｎ ８杆单元 ， ｉｋ 承台 、 座、 拱 边跨 混凝土纵 梁采用 Ｂ ａ ８ 元模 ｅｍ１８单
座斜拉拱桥 Ｐ ｔ ｊｙ 桥Ｅ 跨径 ３ ０ｍ。在建 中的湖南 湘潭市湘 型 Ｊ与第一种模 型 的主 要 区别在 于用 块 体单 元模 拟混 凝 土主 ｕｒ ａａ ， ａ ０ ，
42米现浇箱梁贝雷支架施工技术方案
第一节工程概况一、概述1、工程概述株洲湘江四桥距株洲市一水厂取水口下游约500m，西起泰山路与长江南路交点，跨湘江，东至株洲市芦凇区，接建宁大道。
其中河东岸引桥高架跨越沿江南路、建设路后与建宁大道平交，河西岸引桥高架跨越滨江南路后与长江南路平交，另外河西岸设有半互通式立交将大桥与滨江南路相互联接。
桥梁部分孔径布置（由西向东）为：12×20m（现浇连续箱梁）＋7×46m（顶推连续箱梁）＋75m＋2×140m＋75m（三塔部分斜拉桥）＋4×42m（现浇连续箱梁）＋5×20m（现浇连续箱梁），桥梁总长1265.2m。
株洲四桥建成后，大大缓解了株洲一桥交通压力，缩短了芦淞区至天元区跨江的往来交通，从而减低了机动车辆的耗油量，这样，能大大改善株洲城市的空气质量。
2、工程地质42m跨现浇箱梁横跨东岸滨江南路和建设路，城市路面经过水泥混凝土硬化，地基承载力较好。
通过株洲地税三分局部分地表面有20cm左右水泥混凝土路面，仅少部分地表为土层。
该桥位从上往下的地质情况为，首先为 1.28 m～5.10 m的填筑土，承载力较低；再是5.12 m～6.10m粘土层，容许承载力220～260 Kpa；最后进入弱风化泥质粉砂岩和弱风化砂砾岩，厚度17.80 m～25.17m，容许承载力1200～1500 Kpa，桥梁的基础奠基于此层上面。
3、水文特征湘江自南向北贯穿株洲市，较大支流的枫溪港、白石港迂回曲折于河东汇入湘江，水情较为复杂。
在市区内有株洲水文站，水文系列较长，湘江干流最高水位一般出现在4～7月，主要受洪水径流控制。
根据株洲水位站质料统计，多年平均水位30.61m（85黄海系统），历年最高水位实测最高值为42.59m（1994年6月18日，56黄海系统），实测最大流量20200m3/s（1964年6月）；实测最低水位27.51m（1998年11月13日），实测最小流量101m3/s（1966年9月）。
拱桥--莲城大桥
பைடு நூலகம்
莲城大桥（湘潭湘江四桥）是湘潭市二环线 跨湘 江的一座特大桥，大桥西起二环线与 上瑞国道联络 线的交点，东接１０７国道。 大桥建成后将充分发挥 二环线分流城市过 境车辆的能力，使１０７国道与 ３２０国 道的过境车辆不再经过湘潭市城市中心，从 而大大减少市区的车流量，缓解市区交通压 力。莲 城大桥同时也是适应湖南省政府的 “融城”战略，实 现长潭株一体化、三市 环线连接的重要工
根据广大市民反映的意见 和建议，为改变湘江沿线 各城市按建桥时间以数字 重复命名的习惯，突显城 市文化特色．四大桥建设 指挥部于2006年底就开始 了征集桥梁名称。经多方 面磋商后，拟将湘潭四大 桥命名为“莲城大桥”， 并向市地名委员会提出了 请示日前，市地名委员会 就此作出批复，决定正式 将我市第四座湘江大桥命 名为“莲城大桥”。
本桥主桥采用了独创的（１２０＋ ４００ ＋１２０）ｍ斜拉飞燕式钢管混凝土拱桥桥 型ｌ＿】］， 引桥则采用２５ ｍ简支小 箱梁、４５ ｍ简支Ｔ梁，先 简支后连续 结构。 全桥桥跨布置为１７×２５ｍ（简支小箱梁） ＋６×４５ ｍ简支Ｔ梁１２０＋４００＋ １２０ｍ斜拉拱组合结构，桥梁全长 1340.86m
莲城大桥
跨度第十的钢管混凝土系杆拱桥 • • • • • • • • • 常载 湘潭二环线 地点 中国湖南省湘潭市 跨越 湘江 建设单位 中港四航局投资建设 开工日期 2004年2月28日 竣工日期 2007年7月12日 桥型 斜拉飞燕式钢管混凝土拱桥 规格 桥长1．4公里，宽27米，主跨400米 大桥分主桥、引桥2部分，其中主桥靠近东岸，跨度(120+400+120)m
斜拉桥牵索挂篮(前支点)施工工艺工法
斜拉桥牵索挂篮（前支点）施工工艺工法（QB/ZTYJGYGF-QL-0602-2011）桥梁工程有限公司廖文华罗孝德1 前言1.1 工艺工法概况牵索挂篮又称前支点挂篮，是一种用于混凝土斜拉桥主梁悬臂浇筑施工的设备，是一种具有国际先进水平的新型挂篮。
我国自安徽铜陵长江公路大桥首次使用牵索挂篮以来，在大跨度、大节段的混凝土斜拉桥如武汉长江二桥、南昌新八一大桥、武汉江汉四桥、湖南岳阳洞庭湖大桥、江西鄱阳湖大桥、湖北荆洲长江公路大桥等的施工中，牵索挂篮施工工艺得到了广泛的应用。
1.2 工艺原理利用斜拉索作为挂篮前支点的牵引索，后锚点锚于已浇梁段的底板上，中支点用C型挂钩支撑于已浇主梁顶面，将后锚点挂篮的悬臂受力状态改变为前后支点的简支受力状态，从而减小了挂篮的挠度与弯矩，提高了挂篮的承载能力，实现主梁全节段一次浇筑。
锚固系统模板系统承载系统走行系统图1 牵索挂篮系统结构示意图2 工艺工法特点采用钢箱型结构，结构紧凑，整体性强，刚度大，承载能力大，安全性高，采用吊挂与斜拉索牵拉相结合的传力，加大了节段施工长度，施工标准化程度高，施工速度快，施工质量好，重量大，加工费用高。
3 适用范围大跨度长节段混凝土斜拉桥主梁悬臂浇筑施工。
4 主要技术标准《公路桥涵施工技术规范》 JTG/TF50《公路斜拉桥设计规范》JTJ027《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205《公路工程质量检验评定标准》JTGB80-15 施工方法根据设计图纸，主梁0、 1#段采用墩旁托架施工，挂篮从第2号段正式悬臂施工。
结合现场条件，0、1#段施工时考虑用挂篮承载平台作为施工平台，挂篮承载平台在墩旁托架上直接拼装、焊接、平移、顶升到位。
墩旁托架采用万能杆件在塔墩顶拼装而成。
挂篮拼装提升到位后，在挂篮后端设支承牛腿，前端设斜拉，挂篮主纵梁中部设斜向钢支撑，以满足0、1#段梁体施工。
牵索挂篮作为主梁悬臂浇筑的承重结构，通过锚固系统，将挂篮锚固在主梁底板上，通过牵索系统将斜拉索与挂篮弧形首相连，形成简支结构受力平台，然后在挂篮平台上进行立模、绑扎钢筋、浇筑混凝土，张拉预应力、压浆等作业。
桥梁结构体系创新—斜拉拱桥 课件
特别之处：充分发 挥斜拉桥和拱桥的 优点
拱 索
2、传力机制—以湘潭湘江四桥为例
湘潭湘江四桥主桥布置图
主桥：120m+400m+120m 斜拉飞燕式钢管混凝土系杆拱桥 主跨侧斜拉索锚固于拱肋 边跨侧斜拉索锚固于边跨桥面
2、传力机制—以湘潭湘江四桥为例
总：主拱受力为主 斜拉索受力为辅
传力体系图
主跨桥面
主拱 拱脚 基础 斜拉索 桥塔 主跨斜拉索：水平分力相互抵消 竖向分力传至桥塔 边跨斜拉索水平分力可抵消拱脚处部分水平推力
3. 拱对索的优化
由于主拱圈承受部分桥面荷载，与普通斜拉 桥相比： 可降低斜拉索索力 在桥塔的另一侧可不必设置辅助墩 缩短了斜拉索长度，减小了斜拉索的重力 刚度引起的几何非线性影响，同时也可提 高桥面的横向抗风刚度。
二. 施工工艺—缆索吊装
亮点： 1、桥塔可作为扣索塔架和缆索吊装塔架的支撑体系 2、斜拉索可起到扣索作用，协助拱肋安装 效果：节省昂贵的施工器械，达到经济效益
三、美学及展望
斜拉桥-挺 拔向上— 阳刚之美
自然流畅-柔性之美
斜拉 拱桥
挺拔向上阳刚之美 适合： 美观要求较高的风景区 城市地标建筑
拱桥-自然 流畅—柔 性之美
桥梁结构体系创新—斜拉拱桥
一、结构体系
二、施工工艺
三、美学及展望
一、结构体系—斜拉拱桥
马来西亚斜拉拱桥 主跨300m 建于2002年
一、结构体系—斜拉拱桥
工程概况： 湘潭湘江四桥 主桥 120+400m+120 斜拉飞燕式钢管混 凝土拱桥 主跨侧斜拉索锚固 于拱肋 边跨斜拉索锚固于 桥面 建于2007年
我国独塔斜拉桥资料
边跨索距7m，中跨索
距8m。
1991
12
宁波甬江大桥
独塔双索面，塔墩梁固结
97+105
砼主梁，分离式双箱，顶宽26m，底宽13m，开口段5.5m。梁高2m，顶底板厚20cm，腹板厚25cm。
竖琴式索面，梁上索距
8m，塔上索距4m。
塔高（承台以上）58.2m。
4.0*2.6m，锚固区为工字形断面。
悬浇
《桥梁建设》1998年第3
期
1992
13
云南三达地怒江大桥
145+145
1994？云南
跨径最大，塔
身最高？
14
柳州亚西大桥
独塔双索面
120+120
桥面宽18m，
1994
15
吉林临江门大桥
独塔双索面
132.5+132.5
砼主梁，倒T形双室开口截面，桥面宽27.5m。
塔高61.8m
挂篮悬浇
挂篮重96t，节段
塔高113m，塔为矩形等截面，尺寸为4*9.5m，下部18m为实心。
严国敏《斜拉桥资料汇
编》，1992
1988
7
攀枝花桐子林雅砻江大桥
独塔双索面，塔墩梁固结
30+104+120+
30
砼主梁，带风嘴的倒梯形双边箱截面，到桥塔附近变化为封闭的单箱三室截面。主梁顶宽11.9m，底宽7.4m，风嘴尖端处宽12.3m，桥中线处梁高2.5m。顶底板及中腹板厚均为20cm，斜腹板厚由下部的20cm变到风嘴下转折点处35cm。
面
2002
41
四川绵广高速涪江四桥
独塔
桥体长280m
桥
中国湖北巴东四渡河特大桥（高度：560米)四渡河特大桥为单跨 900米的钢桁架加劲梁悬索桥，桥面宽24.5米，桥面采用单向坡， 居世界第一。从塔顶至谷底高差560米，被誉为世界第一高桥， 采用火箭抛绳系统进行先导索过深切峡谷，为创国内外首例，加 劲梁吊装采用跨径为国内最大的900米缆索吊。
江苏省江阴长江大桥
建在江阴市西山与靖江 市十圩之间。全长2888米，以1385米主跨一跨过江， 为世界第四、中国第一的大跨度钢悬索桥。大桥桥塔 高196米。
江苏苏州的宝带桥
全长317米，桥宽4.1米，共 计53孔桥，似宝带浮于水上，因而得名。宝带桥使运河 挽舟的纤道和苏州与杭州、嘉兴、湖州的陆路得以畅通。
浙江的钱塘江大桥
悉尼港桥
美国金门大桥
横跨南北，将旧金山市 与Marin县连结起来。 金门大桥的巨大桥塔高 227米，每根钢索重 6412公斤，由27000根 钢丝绞成。1933年1月 始建，1937年5月首次 建成通车，是世界上最 漂亮的结构之一.它已 不是世界上最长的悬索 桥，但它却是最著名的。
土耳其的博斯普鲁斯大桥
满载一船星辉， 在星辉斑斓里放歌。 但我不能放歌， 悄悄是别离的笙箫； 夏虫也为我沉默， 沉默是今晚的康桥！ 悄悄的我走了， 正如我悄悄的来， 我挥一挥衣袖； 不带走一片云彩。
株洲大桥是株洲地区建桥时间最早的一座湘江大 桥.株洲大桥又称株洲一桥位于长江广场以东\中心广场 西面，由铁道部第一勘测设计院设计，铁道部第三工程 局第六工程处施工，1986年3月动工，1988年12月竣 工。全桥长1l92.28m，宽24m，预应力凝土双箱连续 梁结构，共31孔。桥中部为车辆通道(双向六车道)，两 侧为行人通道，其南面有黑底金字方毅所题“株洲大桥” 四字，桥两侧栏杆高1.3m左右，每隔20m有一灯柱。 大桥西边入口处有一将士骑马雕塑，底座为红色花岗岩 贴面，总高6m，其北侧刻有大桥简介，南侧题有大桥 颂“新城勇开拓，雄图建大桥，神工施巧技，绿水跨金 鳌，夹岸层楼峙，天台气象豪，江滨飞骏马，征路起狂 飙。”整座大桥造型简洁明快，刚劲雄浑，成为沟通株 洲湘江两岸的交通要道。
株洲湘江四桥上部结构施工工艺
向长为 ３ ０ｍ， 设 计 方 案 ０ １ ． 原 、 块 为 现浇 段 ， ２
块 为挂篮 悬 浇段 ， 虑 到 挂篮 安装 的 空 间原 因 ， 考 ０
向 ６ 范 围 内梁 高 采 用二 次 抛 物 线 变 化 ， 余 为 ３ｍ 其
等高梁段 ， 高 ２ ８ｍ。边 跨分 ２ 梁 ． ４个 梁 段 ， 中跨 分
构 的施 工 提供 参考 。
关 键 词 ： 梁 ； 塔 斜拉 桥 ；挂 篮 ； 部 结 构 ； 工 工 艺 桥 矮 上 施
中 图 分 类 号 ： ４ ． Ｕ４ ３３
文 献 标 识 码 ： Ｂ
文 章 编 号 ：６ １ ２ ６ （０ ８ Ｏ 一 Ｏ ３ 一０ １ ７ — ６ ８ ２ Ｏ ）６ １ Ｏ ４
公 路 与 汽 运
１１ ３
次完成 存在 较大 的质量 、 安全风 险 ， 分两 次完 成梁 故
段施工 ， 即先 施工 ０ 块 、 块 梁段 ， 对 称 施 工 ２ １ 再
块梁段 。
悬 吊系统 由五组 内外侧 前 悬 吊、 组后 悬 吊组 两
成 。内侧前 悬 吊将 分配 至其上 的箱梁底 板 、 腹板 、 顶 板 及相 应挂 篮部件 自重 荷 载传 至前 片桁 架 ； 侧 前 外 悬 吊将 分 配至其上 的箱 梁翼板 及 相应 挂篮 部件 自重 荷 载传 至前 片桁架 ； 悬 吊在 挂 篮 行 走 时作 为 外 模 后 后 吊点与底 篮后 托梁 的 吊点 ， 将 相 应 荷 载传 至 后 并 片桁 架 ， 各悬 吊均 由 吊梁 与 吊杆构 成 ， 中 内侧前 悬 其 吊吊杆 由钢 吊带 与丝杆 连接 而 成 ， 他 吊杆 为 Ｊ ３ 其 Ｌ２
拉力 ， 防止钢 绞线 滑动 。
ｍ； 向布置 为 ２ ０ｍ（ 行 道 ） ． ５ｍ（ 动 横 ． 人 ＋３ ３ ７ 机 ｘ 车 道） ． 中 央 隔离 带 ） ×３ ７ 机 动 车 ＋２ ５ｍ（ ＋３ ． ５ｍ（
斜拉桥
42
1 主梁的构造
主梁的作用：
1、将恒、活载分散传给拉索。梁的刚度越小，则承担的弯矩越小； 2、与拉索及索塔一起成为整个桥梁的一部分，主梁承受的力主要是拉索的 水平分力所形成的轴压力，因而需有足够的刚度防止压屈； 3、抵抗横向风载和地震荷载，并把这些力传给下部结构。
主梁的型式：
1、实体梁、板式；2、箱型截面梁；3、叠合梁；4、钢桁梁
斜拉桥多数是自锚体系。只有在主跨很大边跨很小时，少 数斜拉桥才采用部分地锚体系。
图1-11 西班牙卢纳桥
40
（6）矮塔/部分斜拉桥体系
按塔高分类：常规斜拉桥和矮塔部分斜拉桥 矮塔部分斜拉桥受力性能介于梁式桥和斜拉桥之间。
图1-12 矮塔部分斜拉桥
41
二 斜拉桥的构造
1 主梁的构造
2 索塔
3 拉索
45
单索面箱形截面主梁
（a）法国布鲁东纳（Brotonne）桥
（b）美国日照（Sunshine Skyway）桥
单箱单室： 采用斜腹板，可以改善抗风性能，又可减小墩台的宽度，且箱形截面的抗 扭刚度也大。
46
单箱三室：
30100
1.5% 1.5%
300
4900
2650
15000
2650
4900
宽达30-35m，悬臂施工时， 须将截面分成三榀，先施 工中间箱，待挂完拉索后， 再完成两侧边箱的施工， 呈品字形前进，将截面构 成整体。
12
海参崴俄罗斯岛跨海大桥（L=1104,2012）成为全世界第三座跨度超过千米的 13 斜拉桥，全球主跨最长的斜拉桥。
（ 286+560+560+560+286m ,2003年）
块石土隧道斜井进正洞挑顶施工技术
中 图分 类 号 ： ５ ． Ｕ４ ５ ４
文献标识码 ： Ａ
１ 工程 概况
作 了小 喇叭 口， 喇叭 口的施 工增 大了开挖 断 面 ， 给施工 安全带 来
２ 斜 井 转入 正洞 施 工技术
２． 施 工 难 点 １
３ １ 斜 井 转 化 段 及 喇 叭 口施 工 ．
在距 离 正 洞 边 界 ２ ５ｍ 处 （ 井 中 线里 程 ）采 用 六 榀 Ｉｌ ． 斜 ， ８工
字钢完成斜交 到正交的过渡。结 合块石土 围岩情况 ， 拟采用扇形 排前 ２号隧道斜井 与正洞交汇段位 于块石土 围岩 中， 围岩坍 过渡的方式… １。钢架过渡方案如下 ： 钢架中心拱顶间距 ６ ｍ， ０ｃ 每 落掉块现象较 多 ， 围岩稳 定性差 ， 如开挖跨度 过大 ， 易引起顶部 榀（ ） 容 次 钢架 转 向近 ５， ６榀 完成 ３ 。 。共 ０ 的转 向 ， ２ ｃ ５喷混 凝土厚 塌方 ， 危及人 身安全 ； 同时 ， 为了保证将来运输车辆 的行驶便利 ， 施 ２ ｍ； ｉｔ 双 层 钢 筋 网 ， ５ｃ 怊 ｎ ｏ 网格 ２ ｒ ５ｃ ｌ ２Ｉ ｎ纵 向 连 接 ５ｃ ｎ×２ ｒ 于 线 路 右侧 一 山 坳 处 ， 井 全 长 １ １ｍ， 了隐患。另外 ， 斜 ３ 正洞拱顶 比斜井拱顶高约 ２ ９ｍ， 井喇叭 口沿正 ． 斜
Ｉ开挖 宽度达 １ Ｉ 井 口部型钢 拱架将 承 Ｔ ３１， Ｔ斜 主要为 １ ％下坡 ， ３ 设计在 Ｄ ２ ＋０ ６与线路 ６ 。 Ｋ１ ７ ７ ０相交 ， 如图 １ 所 洞走 向跨 度达到 ９Ｉ， 因此加 强 口部支 护及保证喇 叭 口 示， 斜井 Ｘ Ｋ Ｄ ０十６ ～ＸＤ ０十１ １位于块 石土 围岩 ， ０ Ｋ ３ 围岩 以粉质 受来 自围岩及正洞钢架的压力 ，
矮塔斜拉桥施工监控
（ ５ｍ＋１ ０ｍ＋１ ０ｍ＋７ 预 应 力砼 三塔 单 索 ７ ４ ４ ５ｍ）
面部分斜 拉 桥 （ 图 １ 。采 用 塔 梁 固结 、 墩 分 离 见 ） 梁
变 化 降为次要 部分 。所 以矮塔 斜拉 桥施 工 控制 的原
则 是 以主梁 的线形 控 制 为 主 ， 时兼 顾 拉 索 的索 力 同 及 梁体 的合理 应 力 。在 施 工 控 制 中 ， 进 行 多 项 测 要 试 ， 物理力 学参数 的测量 ， 砼 的容重 、 有 如 弹性 模 量 、 砼 的抗压 强度 和徐 变 系数 等 ， 有 施 工 中荷 载 参 数 也
的结构 形式 ， 拉 索 为 竖 琴 形 单 索 面 ， 向分 ２排 斜 横 （ 间距 ９ ｍ） 斜 拉索 采用 环 氧喷 涂钢 绞线 ， 根 钢 ０ｃ ； 单
绞 线 直 径 为 １． ５ ２ｍｍ， 索 由 ３ 每 ７根 钢 绞 线 组 成 。
每 个塔上 各 ８对斜 拉 索 ， 拉 索锚 固 于 主梁 中室 隔 斜
２ 用 Ａ、 、 ２ Ｂ Ｃ表 示 。 主梁 采 用 挂 篮 施 工 ， Ｏ ２ 桥 塔 西侧 ２ ４个 节段 、 东侧 ２ ２个 节段 ， 中间 ２ 桥 塔 两端 １
３ 施工监控的计算
施 工监 控 的计 算 是对 设计 方 确定 的 成桥状 态和
施 工状 态进行 复 核 ， 以保证 施 工过 程 的安 全和 可靠 ， 确 保建 成后 桥梁 线 形 和 内力 满足 规 范 和设 计 要 求 ，
１ 工 程 概 况
株 洲 湘江 四桥 主桥 为 预 应力 砼 矮 塔斜 拉 桥 ， 设 计 为 双 向六 车 道 ， 载 等 级 为 城 市 Ａ 级 。为 一 联 荷
证 有足 够 的 稳定 性 ； 保 成 桥 线 形 符 合 设 计 要 求 。 确
湘潭莲城大桥.doc
湘潭莲城大桥湘潭莲城大桥，工程项目名称为湘潭湘江四桥，世界首座斜拉钢管拱桥。
湖南省湘潭市总体规划中城市二环线上的一座特大桥，位于湘江三桥下游四公里处。
简介莲城大桥西起二环线与沪瑞高速公路连接线交点，东接G107国道，全长4.7公里，总投资规模在5亿元以上。
跨湘江主桥长1.4公里，宽27米，主跨400米，由中港四航局采用BOT形式投资建设。
桥梁结构莲城大桥桥梁三跨过江，主桥采用了120m+400m+120m斜拉飞燕式系杆钢管混凝土拱，边跨与主跨跨度比为0.3。
主拱拱肋采用中承式双肋无铰平行拱，两拱拱肋中心距34m，计算跨径为388m，拱肋轴线理论矢高为74.7m ，折线起拱。
设计上采用以拱结构受力为主，辅以斜拉索受力的组合结构体系，这种结构型式的钢管拱在国内为首创。
桥梁数据莲城大桥是我市第四座横跨湘江的桥梁，它西起北二环与富洲路交汇处，东接107国道，全长4488米，其中桥长1345米，西引道1818米，东引道1325米。
桥型为双飞燕斜拉钢管拱混凝土桥，主跨400米，桥宽27米，桥梁总投资4.2亿元，两端引道路宽63米，双向六车道，引道总投资1.55亿元。
桥梁意义莲城大桥是320国道湘潭段、长株潭三市城际快车道和我市北二环路跨越湘江的一座城市特大桥。
它的建成通车使320国道的过境车辆不再经过湘潭市区，缩短车程10余公里，对于减少湘潭市区的车流量，缓解市区交通压力，提高市区环境质量发挥了重要作用。
它的建成通车，使湘潭城区面积向北扩展10平方公里，对于拓展城市框架，促进湘潭向北、向东发展，主动承接区域中心城市的经济辐射，吸纳物流，资金流、人流，从而带动我市县域经济发展。
拉进湘潭与长沙、株洲的距离，加速长株潭经济一体化建设具有十分重要的意义；它的建成通车将带动沿线道路两厢的开发建设，促进我市新型工业化、城镇化、农业产业化，在实现湘潭经济腾飞，落实国家中部崛起战略中将产生深远的影响。
株洲湘江四桥部分斜拉桥拉索安装工艺
ｌ 拉 索组 成
拉索 由锚 固段 ＋过 渡 段 ＋ 自由段 ＋抗 滑锚 固段
斜拉 索为单 索面 ， 每个 索塔 设 ８对斜 拉索 ， 全桥 共４ ８根斜 拉 索 。单 根 最 大 拉 索 设 计 索 力 约 ４ ８ ０ ６
ｋ 拉索在 塔 上 通 过 鞍 座 ， 侧 对 称 锚 于 梁 体 。采 Ｎ， 两
（ ． 交第 二航 务 工 程局 有 限 公 司 ， 北 武 汉 １中 湖 ４ ０ １ ； ． 州 欧 维姆 机 械 股 份 有 限 公 司 ，广 西 柳 州 ５５ ０ ３０ ４ ２ 柳 ４０ ５ ４２０） １０ ０ ３ 株 洲 市城 市 建设 投 资 经 营有 限公 司 ，湖 南 株 洲 ．
湖南 株洲湘 江 四桥 主桥 （ 如图 １ 所示 ） 为三塔 四 跨预应 力砼 单索 面矮塔 斜拉 桥 ， 桥跨 布 置 为 ７ ５ｍ＋ ２ ４ ×１ ０ｍ＋７ ５ｍ。结构 形式 为 塔 梁 固接 、 梁 与墩 塔
分离 、 墩顶设 支 座 。主 桥 箱梁 施 工 采 用 分 段悬 浇 施
＋塔 柱 内索鞍 段 ＋抗滑 锚 固段 ＋ 自由段 ＋过 渡段 ＋
锚 固段 构成 （ 图 ２所示 ） 如 。
用 可 换 式 ＯＶＭ２ ０ＡＴ一３ 型 钢 绞 线 斜 拉 索 体 系 ， ５ ７ 每 根 拉 索 由３ 根 直 径 为 １ ． ４ｍｍ、 准 抗 拉 强 度 ７ ５ ２ 标
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总第 １ ６期 ２
Ｈｉ ｈ ｙ ｇ ｗａ ｓ＆ Ａｕ ｏ ｔｖ ｔｍｏ ｉ ｅ Ａｐｐ ｉａ ｉ ｎ ｌｃ ｔｏ ｓ
公 路 与 汽 运
１９ ５
株 洲 湘江 四桥 部 分 斜 拉桥 拉 索 安 装 工艺
方卫 东 谢 志恒 甘 科 周 滨 ， ， ， ，谭 跃 飞。
悬索桥及斜拉桥
The Golden Gate Bridge
金门大桥的巨大桥塔高227米，每根钢索重6412公吨，由27000 根钢丝绞成。1933年1月始建，1937年5月首次建成通车。
于1981年建成，主跨为1410米
英国恒比尔大桥
丹麦大海带桥
主跨1624米
日本明石海峡大桥
（主跨1991米 ）
汕头海湾大桥
半漂浮体系
半漂浮体系－青州大桥
塔梁固结体系
塔梁固结体系－上海铆港大桥
刚构体系
刚构体系－长沙湘江北大桥
第二节 悬索桥及斜拉桥的受力特点及设计要点
一、悬索桥和斜拉桥的受力特点
二、悬索桥和斜拉桥的设计要点
一、悬索桥和斜拉桥的受力特点
悬索桥的受力特点 悬索桥的活载和恒载通过吊索和索夹传递至主缆，再经 过鞍座传至桥塔顶，经桥塔传递到下部的塔墩和基础。 斜拉桥的受力特点 斜拉桥从塔柱上伸出并悬吊起主梁的高强度钢索起着主 梁弹性支承的作用，从而大大减小梁内弯矩，使梁截面 尺寸减小，减轻了主梁的重量，加大了桥的跨越能力。
பைடு நூலகம்
密索斜拉桥——Tatara
日本，1999年5月1日建成通车,其主跨长达890米, 主梁为P.C.与钢箱梁混合结构
密索斜拉桥－Normandie
法国，1995年建成的主跨为856米
纵桥向造型
横桥向造型
塔、梁、墩的连接形式
• 漂浮体系
• 半漂浮体系 • 塔梁固结体系 • 刚构体系
漂浮体系
漂浮体系－济南黄河桥
大缆以as法（空中送丝法）或ppws法（预制束股法）制 造，美国、英国、法国、丹麦等国均采用as法，中国、日本 采用ppws法。
塔架型式一般采用门式框架，材料用钢和混凝土，美国、 日本、英国采用钢塔较多，中国、法国、丹麦、瑞典采用混 凝土塔。 加劲梁有钢桁架梁和扁平钢箱梁，美国、日本等国用钢 桁架梁较多，中国、英国、法国、丹麦用钢箱梁较多。 锚碇有重力式锚碇和隧道锚碇，采用重力式锚碇居多。
株洲湘江四桥主桥基础及下部结构施工
钢 围 堰下 沉 到位 ， 平 面位 置 和垂 直度 满足 要 其
求后 ， 钢 围堰与锚 桩连成 整体 ， 进行 钢护 筒下沉 将 再 定 位 。最 后 封 底 ， 过计 算 ， 定 封底 砼 的厚 度 为 经 确
３ ０ｃ 嵌 岩桩 ， Ｏ ｍ 桩底 置 于弱风 化 泥 质粉 砂 岩 中 ， 桩 顶设 系梁 。
较 薄 ， 床底 部 岩 面 平 坦 ， 据 附 近 其 他 项 目的 经 河 根 验， 该处 走锚 现象 比较严 重 ， 如用 传统 的导 向船 方案 可 能 出现 偏位 ， 由于施 工准备 时 考虑 了将 来 ０ 而 块 的施工 ， 准备 了足够 的钢 管 ， 同时在 钢 围堰加 工工 程 中可 以同时水 上锚 桩 ， 影 响工 期 ， 不 因此 ， 用 拉 墩 采 （ 塔 吊基础 ） 兼 与锚桩 导 向就 位 （ 图 ２ 。与传 统 的 见 ） 导 向船方 案 （ 图 ３ 相 比 ， 种方 案 有较 大 改 进 ， 见 ） 这 不 仅 节约 了投资 ， 而且 加快 了施工 进 度 。
公 路 与 汽 运
总 第 １ ８期 ２
Ｈｉ ｈ ｙ ＬＡｕ ｏ ｔｖ ｇ ｗａ ｓ ８ ｔｍｏ ｉ ｅ Ａｐｐ ｉａ ｉ ｎ ｌｃ ｔｏ ｓ
１７ １
株 洲 湘 江 四桥 主 桥 基 础 及 下 部 结 构 施 工
张 宏 武 ，汪成 龙 ，马 尚 军 ，武 娟 ， 跃 飞 谭
钢 围堰分 ２层设 计 ， 采取 分块 加工 、 拼装 成整 体
后 浮 吊 吊装下 水 。 由于 湘江株 洲 段河 道 中间覆 盖层
微 风化 泥质 粉 砂 岩 中。 主 、 引桥 过 渡 墩 （ ９ ２ １ 、 ３号 ） 墩 身为 ３根六 边形 柱式 墩 ， 顶设 盖梁 ， 础 为 ３根 墩 基
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株洲湘江四桥部分斜拉桥设计
丁仁军1,陈 涛2,谢志恒1,谭跃飞3,李军辉3
(1.中交第二航务工程局有限公司,湖北武汉 430014; 2.湖南省交通规划勘察设计院,湖南长沙 410015;
3.株洲市城市建设投资经营有限公司,湖南株洲 412000)
摘 要:株洲湘江四桥主桥采用75m+2 140m+75m三塔单索面预应力砼部分斜拉桥。
文中着重介绍该桥主梁、索塔、拉索的设计与结构的整体计算。
关键词:桥梁;部分斜拉桥;构造设计
中图分类号:U448.27 文献标识码:A 文章编号:1671-2668(2008)06-0119-02 株洲湘江四桥是跨越湘江的一座特大型城市桥
梁。
湘江是湖南省的最大河流,是航运、水利的黄金水道,在进行桥跨布置时要考虑多孔通航以适应中、枯水期及洪水期的通航要求,同时要考虑各型船舶和船队单向分孔和双向合孔通航的需要。
基于以上设计要求,株洲湘江四桥最终采用三塔部分斜拉桥方案。
部分斜拉桥是1988年法国工程师J.M atl-i v at提出的一种结构思维和桥梁结构形式。
目前在世界上已得到诸多国家的认同和应用。
桥梁孔径布置(由西向东)为8 20m(现浇连续箱梁)+4 20m(现浇连续箱梁)+7 46m(顶推连续箱梁)+75m+2 140m+75m(部分斜拉桥)+4 42m(现浇连续箱梁)+5 20m(现浇连续箱梁),桥梁总长1265.2m。
1 主要技术标准
工程等级:城市主干道、特大型城市桥梁;
设计荷载:城市-A,人群荷载3.5kN/m2;
设计车速:40km/h;
设计洪水频率:300年一遇,S W1/300=45.29m (85黄海高程);
施工水位:H=32.50m;
通航标准:内河三级航道,通航水位为H= 42.348m,净宽 净高为60m 10m;
桥面宽度:29.0m
抗震设计:地震动峰值加速度0.05g,反应谱特征周期0.35s。
2 主桥结构设计
株洲湘江四桥主桥采用三塔单索面预应力砼塔
梁固接支承体系部分斜拉桥,桥跨组成为75m+2 140m+75m,全长430m,主桥布置见图1。
图1 主桥立面布置图(单位:cm)
2.1 主 梁
主梁采用单箱三室箱形截面(箱梁断面见图2),外腹板斜置,箱梁顶宽29.00m,腹板斜率不变,箱梁底板宽度由20.37m渐变到19.42m。
主墩墩顶根部梁高4.35m,向中、边跨方向63m范围内梁高变化采用二次抛物线,其余为等高梁段,梁高2.80 m。
箱梁合龙段底板厚度0.28m,0号块端部底板厚度为1.20m,3~22号截面底板厚度变化采用二次抛物线。
中室顶板厚0.60m(0号段处为0.90 m),边室顶板厚度0.28m,边腹板厚度由1.15m~ 0.80m~0.65cm变化,中腹板厚度由1.10m~
图2 箱梁断面(单位:cm)
0.80m~0.55cm变化。
墩顶横隔板厚3.00m,边跨端横隔板厚1.00m,斜拉索锚固区中室隔板厚0.60m,边室隔板厚0.30m。
主梁按挂篮悬臂浇筑法施工设计,边跨分24个梁段,中跨分22个梁段。
0号块梁段长5.00m,1~
119
公 路 与 汽 运
总第129期 H ighw ay s&A utomotive A p p lications
21号梁段长3.00m,22号梁段长3.50m ,23、24号梁段共长5.80m,合龙段长2.00m,主梁采用三向预应力结构。
0号、1号梁段在墩上搭托架现浇,河
东向23、24号段搭支架现浇,其余梁段在挂篮上悬浇,挂篮重按1200kN 设计。
2.2 索塔及索鞍
索塔采用中边塔不等高布置在桥梁中央分隔带上,以增加桥梁美感。
东、西两边塔高16.5m ;中塔高18.8m 。
采用实心矩形截面,塔根部顺桥方向长3.5m,横桥方向宽2.5m,塔上部设有鞍座,以便拉索穿过。
塔上索距中塔为1.1m,边塔为0.9m 。
鞍座为部分斜拉桥的关键构造,目前,部分斜拉桥鞍座的形式有内外双套管结构和分丝管结构两种。
中山市岐江大桥(分丝管索鞍)及漳州战备大桥(内外管索鞍)索鞍处节段模型试验数据表明,两种索鞍纵桥向压应力值及鞍座下拉应力值均小于砼强度标准值,分丝管索鞍更安全。
故本桥设计采用分丝管形式,每根分丝管穿一根钢绞线有利于换索,在两侧斜拉索出口处设抗滑锚,以克服索的不平衡拉力,防止钢绞线滑动。
分丝管构造见图3。
图3 塔上分丝管构造
2.3 斜拉索设计及换索
斜拉索设计为竖琴形单索面,横向分两排(间距0.90m),斜拉索采用环氧喷涂钢绞线(中心丝与边丝各钢丝外表均单独形成环氧树脂涂膜)单层无粘接筋(参考OVM -U1设计),单根钢绞线直径为15.2mm ,每根索由37根环氧喷涂钢绞线组成,耐疲劳最大应力值须大于200MPa 。
钢绞线标准强度1860MPa,采用两端张拉。
拉索采用多重防腐,单根钢绞线为环氧喷涂,外包单层PE,钢绞线索外包H DPE 套管。
每个塔上共8根索,梁上索距6.00m,斜拉索锚固于中室隔板上,两端张拉,锚具为夹片式群锚。
斜拉索可以在桥上禁止通行的情况下单根更
换。
更换中,同时放松一对拉索两端的应力,拆下索塔两端的PE 连接装置及索上附属件,在索塔一端的抗滑锚筒附近把拉索割断,在索塔另一端的梁上用单根张拉千斤顶把钢绞线一根一根地拔出,拉出的长度超过抗滑锚筒即可拆去一个抗滑锚,另一边也就很容易拆除了。
2.4 结构计算
主桥纵向计算运用 桥梁综合程序 进行平面杆系分析计算并运用QJX(桥梁平面杆系分析综合程序)验算,全桥共划分单元306个,节点258个,其中梁单元218个,塔单元40个。
根据设计施工流程,全桥施工及运营阶段共分为88个阶段,第88阶段为使用阶段。
根据JT G D62-2004规范进行承载能力极限状态及正常使用极限状态计算,包括悬臂施工、体系转换等短暂状况的计算和成桥初期、成桥后期持久状况的计算。
施工阶段主要计算荷载为自重、预应力、砼不同龄期的收缩和徐变、施工荷载等;运营阶段考虑了汽车荷载、挂车、人群、支点沉降、制动力、温度力、支座摩阻力等作用及影响。
其中结构体系温升、温降20 ;梁、塔与拉索间温差取15 ;日照温差及梁、塔上下缘温差按JT G D60-2004计算;强迫位移按主塔墩沉降2cm 、连接墩沉降1cm 计算。
结果见表1。
表1 箱梁正常使用极限状态计算结果M P a
短期效应组合上缘最大
压应力下缘最大压应力长期效应组合上缘最大压应力下缘最大压应力15.85
16.89
16.8
17.1 计算结果表明,上部结构在最不利荷载组合(恒
载+汽车+温度+强迫位移)下全桥无拉应力出现,并有一定的应力储备,满足规范要求。
3 结 语
实践表明,株洲湘江四桥是部分斜拉桥一次成功的尝试。
这种新型结构桥型具有造型美观、景观协调、技术先进、造价低、施工简便等特点。
该桥于2007年6月通车,运营情况良好。
参考文献:
[1] 陈亨锦,王 凯,李承根.浅谈部分斜拉桥[J].桥梁建
设,2002(1).
[2] JT G D60-2004,公路桥涵设计通用规范[S].收稿日期:2008-02-29
120
公 路 与 汽 运
H ighw ay s &A utomotive A p p lications
第6期2008年11月。