滨海新区海河开启桥设计概况

滨海新区海河开启桥设计概况

谢宝来

(天津市市政工程设计研究院，天津，300051)

1、概述

海河开启桥是正在开发建设的滨海新区响螺湾片区内外沟通的重要桥梁建筑，位于规划的坨场南道，东联塘沽新华路，西接响螺湾商务区，为一座形式新颖的特种桥梁，是沟通海河两岸的又一重要通道。海河为VI级航道，桥下通航净宽68米，净空大于7.0米（非开启），开启时净空大于31米。最高设计通航水位：2.5米（大沽水平）；最低设计通航水位：0.5米（大沽水平）；

桥梁分为主桥和引桥两部分，主桥净跨径68米，主桥设有配跨，全长102米，桥面宽度20米。引桥宽度为陆地段17米，跨河段20米，引桥全长766.8米。

图1立面效果图

图２桥梁立面图

2、主桥桥梁结构

主桥桥梁结构主要由基础、桥墩、主梁、配重、开启装置组成。整个结构以“迎客”为设计构思，结构设计在安全的前提下，以达到方案设计的效果为最基本的设计原则，充分体现优美的造型、简捷的受力体系。

（1) 基础构造

主桥的基础桩基采用钻孔灌注桩，数量为32根直径1.8米。采用C30水下混凝土。

图3 桩基布置图

桩基础规格

墩号桩长(m) 桩径(m) 根数

西主墩75 1.8 32

东主墩76 1.8 32

（2) 桥墩构造

主墩大体积混凝土浇筑的抗裂及薄壁墙的收缩抗裂应做专门的研究，在保证安全、可行的前提下施工。主墩承台内设置冷凝管，浇筑混凝土时通水降温，施工时注意不要堵塞冷凝管。主墩薄壁侧墙采用分段浇筑，每段横桥向长度约6米，后浇段长度为0.5米和1.8米两种，后浇部分的混凝土采用无收缩混凝土，每次浇筑高度按现场实际情况决定。

（3) 主梁

单侧主梁共分为9个节间，这样，两侧主梁共分18个节间。结构为单悬臂结构，结构厚度从根部的4.0米渐变至跨中1.5米。最大的0号块件吊装重量248吨。单侧主梁配重需要600吨，全桥需要1200吨，另需调整储备120吨。

主要材料：钢材：Q345qD(Q420qD)，配重：灰口铁；

（4) 主梁的设计要点及梁型的确定

结合本桥所处位置，桥址距响螺湾中心区较近，地理位置相当重要，同时又与海河上另一著名建筑海门桥相望，据此本着经济可行、外形美观大方、桥梁特色鲜明的设计理念，主桥结构体设计为立转式钢结构悬臂梁方案，桥型在纵向桥面以上布置分塔室、悬臂梁，均衡重等三部分构造，主梁主跨悬臂部分采用变截面钢箱梁梁，配重部分采用球墨铸铁，悬臂根部为4米，主梁跨中梁高1.5米。

本桥的开启采用动力为600千瓦的动力转动装置，设置于两个塔基之中，采用支撑轴承加转动轴承实现平衡加转动功能。转动半径为12米。梁端转动角度为85。

本桥跨径适中，梁体外观主桥及引桥自然过度，合龙时温温尔雅，开启时象征着新区以宽广的胸怀欢迎八方来客，独特的外形，配以开阔的河道。开启时远远望去，与海门大桥风格迥异，相各宜彰。特别是夜幕降临，桥梁开启，灯光下，该桥风采尽显。主桥采用钢结构，施工难度较小。这也是此方案的突出之处。立转桥梁符合人们心中对开启桥的期待，最具有四维建筑的特点。

图4立面效果图(闭合状态)

图5立面效果图(夜景开启状态)

（5) 桥面铺装

主桥机动车道的好坏直接影响到行车的安全性，舒适性、桥梁耐久性。对于直接铺设在正交异性钢板上的材料，由于受车轮集中荷载、温度变化及钢桥面局部变形等因素的影响，对其强度、变形特性、温热稳定性，疲劳耐久性等均有更高的要求。根据本桥当地的环境温度变化幅度为-25℃～+50℃的情况，桥面铺装结构最后采用花纹钢板，纹高1.6mm，母材厚度8mm。

（6) 开启部分构造

基本性能要求：总开启的时间为315秒，总的关闭时间265秒。

开启部分需要以下机械装备：

桥梁的铰链：桥梁的铰支座位于耳轴上，耳轴通过相邻箱形梁的腹板。耳轴通过处腹板采用加劲肋。穿过箱梁腹板和加劲肋的孔应该用机械加工，而且使耳轴与孔壁紧密吻合，且可滑动。耳轴应该用经过热加工的精钢制造。

设计中,必须检测耳轴由于汽车荷载和桥梁运行的荷载引起的疲劳。保证耳轴具有光滑的机械加工的表面是非常重要的，以保证能传递由疲劳荷载引起的压力。

铰支座应是球形滚轴支承,且经过油脂润滑封闭的。它们将通过楔套(确保紧密吻合)安置于轴上，一个固定在套内，另一个在套筒内可滑动，从而使桥梁延伸或收缩量可达到正或负5mm。

轴承套将由机械加工的组合钢构成，与轴承吻合。在套底部的平板是经过加工的板，安置于底座顶部，也是由机械加工的组合钢构成。底座安置在水泥砂浆的顶部，且用后张拉压栓压向基础。

在施工过程中，首先将底座安装到图纸要求的高程及水平位置，然后在底座顶部安置轴承套。这比直接把轴承安装在基础上容易得多。如果需要，底座和轴承套筒之间可放置垫板来调整高程。

端部对准和锁定机械装置：对公路桥梁而言，设计合理的对准和锁定机械装置是十分困难的，因为它要承受交通荷载，如果荷载太大时可能使机械装置产生永久变形。必须考虑活动桥跨的热胀冷缩效应，可通过克服摩擦来实现正常工作。

升降桥装置:升降桥装置设计为枢轴导轨－链轮系统，利用链轮转动来升降桥梁。

选择枢轴导轨型设计是因为它不仅强度高，而且适应了结构的非精确性和温度影响(这是任何导轨驱动方法不可避免的问题)。

四个枢轴导轨安放在基坑尾部，用一面立面弯曲的墙支承导轨。

每个导轨是由焊接钢板制成的凸缘式槽。焊接板被弯成弧形。钻孔被精确定位并沿着槽缘排成直线。

枢轴固定在钻孔立，用被螺栓固定在一面槽缘上的锁紧木栓来固定轴的位置。利用机械

力把锁栓孔套进每个轴的端头，这些栓孔式可定位的，这样每个轴都可移动、转动、并可更换。同样可使轴磨损均衡,轴需要定期涂润滑油润滑。轴用用高强锻钢加工而成，这样才能减少磨损。

每个枢轴导轨与一个九齿链轮(齿轮)啮合，这种啮合是在锻钢坯上，由机械加工而成并经过了热处理和淬火硬化。

齿轮的齿形与链轮相似。这种齿形导致速度可变，它不像渐开线那样速度不变。为了减缓速度变化，安装了枢轴导轨，且枢轴交错布置。这样就可以平均齿轮；速度和产生的扭转。

齿轮与一根轴啮合。轴的非驱动端通过一球形滚珠轴承装在一有裂口的止推轴承座上，该轴承座用螺栓固定在桥尾上。而轴承用唇形封条封住。轴的驱动端通过一球形滚珠轴承装在一个结合轴承座和齿轮箱上。轴承座用螺栓固定在桥尾上。齿轮轴通过轴承延伸至一个阳性花键。

齿轮箱式是带有一个输入驱动的三级周转圆类型。用一个弯曲轴液压活塞式电动机来驱动齿轮箱输入轴，该电动机使用液压制动刹车装置。齿轮箱输出是一个有内孔的插座。齿轮箱上装有记录器，以及表盘；表盘必须与齿轮箱轴及齿轮轴垂直。

桥的升起通过对液压电动机的油加压，进而带动齿轮箱输入轴，输出轴(通过齿轮箱)和链轮来实现。当液压电动机运作时，桥能够升高的最大角度约为84度。提升桥的液压的功率单位锁定在安置在桥墩上的机器内。

液压系统的功率要满足既能提升又能降低桥面板，二者要达到合理的平衡。

启闭紧急缓冲器：在完全降低或完全提升的情况下，如遇到限位开关故障，则要求紧急缓冲器能够控制桥。缓冲器是液压混合缸型。其大小取决于适当桥速的详细设计，他们用于控制哪部分则取决于液压系统设计。他们安置于基础坑并且在桥尾进行操作。

液压系统：液压动力装置：此动力装置液压离线导管过滤结构和其所附加的小泵，要在细部设计阶段决定是否需要对回油进行吹风冷却。液压控制：桥的升降由液压油流过速度控制阀控制，然而，紧急停止情况下，降桥可由装有平衡阀的液压推进器控制。

3、目前，该桥已经施工完成，一座新型的立转式开启桥将树立在人们的视野中，

为新区增添一道美丽的景色。