重庆大宁河大桥设计及基本技术特点(翻译)

重庆大宁河净跨径400米的上承式钢桁架拱桥设

彭元诚和黄古剑武汉第二高速公路顾问有限公司

王文君和范美军华中科技大学土木工程与力学学院科技、武汉,中国

摘要：大宁河大桥是重庆市巫山-奉节高速公路段最复杂的工程。这是一个大跨度无铰链的上承式钢桁架拱桥。主要的钢桁架拱净跨400m且由电缆起重机和斜拉桥体系修建而成。本文主要研究这座桥的设计和基本技术特点。

1 引言

大宁河大桥（图1）位于重庆市巫山县巫峡镇白水村，其属于国家重点公路段杭州至兰州线重庆市巫山到奉节路段。它横跨大宁河和山坡两侧之间。大桥所在位置为结构性腐蚀，裸露和深山谷斜地形，其相对高差为228米。具有较大的开凿深度和严重的地形起伏，以至于在巫山奉节高速公路建设项目中，它是最大的桥梁工程，其所在的地形地貌最复杂，最坚固，。而且还是小型施工现场，交通条件差，施工难度极大。

图1：大宁河大桥的全景图

桥址位于亚热带湿润区。在这个区域的平均气温连续多年为18.4℃，极端最高气温为43.1℃（7月），极端最低气温为-9.2℃（一月），月平均最高气温为29.5℃，月平均最低气温为2.2℃。年平均降水量多年的1049.3毫米，年最大降雨量1356.0毫米，最大日降雨量为199.0毫米。平均无霜期为305天，最长无霜期为335天，最短无霜期为275天。全年主导风向为北风，最大瞬时风速为24.7米/秒。

该桥位于著名的风景名胜区长江小三峡景区，它是沿三峡库区高速公路上最壮观的桥梁，同时也将是长江小三峡景区美丽的人文景观。

主要技术标准：

（1）四车道高速公路大型桥梁;

（2）设计车速：80公里/小时;

（3）桥面宽度：24.5米;

（4）负载标准

车辆荷载：公路一级

地震作用：地震动0.05克峰值加速度。

2 主桥的设计

大宁河大桥主桥为净跨径400米的上承式钢桁架拱桥，有固定拱座和无铰拱系统（桥如图2所示的布局）。在中国或国外（灿辉赵安志翔周2006;未名盖和味辛任2008;灿辉赵2007）都还没有太多的大跨度钢拱桥。在现有的桥梁中有16座桥梁的跨度超过300米，最长的一座桥梁是1977年修建于美国，其跨度为518m。而大宁河大桥跨度是408.6米，净跨度为400m，其跨度排名世界第二，中国第一。根据跨度，世界上的钢桁架拱桥可划为以下所列出的类型(表1)。

桥的主拱肋采用具有10μm的相同桁架的高度的三块桁架结构，上、下弦杆桁架采用箱形断面；腹杆（连接平行和适于工字型横截面）利用悬臂升降和斜拉系统，使用悬臂升降和斜拉系统。拱柱采用钢弯曲结构，在横向上的3个拱柱对应于3个桁架并且安装在横向方向交叉处以提高柱的稳定性。拱柱的纵节距是27米和柱采用钢箱结构。

甲板车道采用钢- 混凝土组合连续梁，具有16×27米跨度和被放置在混凝土盖板顶上的9厘米沥青混凝土。

图2:桥的布局图

2.1拱座

主桥（如图3所示）的拱座采用单片钢筋混凝土结构和底侧被设计成阶梯状，因此它有利于拱座和地基之间的力的传递;在拱座前方设置3个桩作为在横向方向的垂直支持，位置对应于拱肋，所以它能够提高拱座前缘的应力在和边坡的稳定性，同时也可以保证拱座地基的安全;在拱座的后缘处安装3个倾斜度为10的抗压桩，所以可以提高该拱座基础抵抗横向力的能力，并降低的拱座的位移;约旦河西岸拱座地基的某些部分风化严重，岩体比较零散，对拱座的对应于接口桩的位置奠定了地基底部添加3个垂直桩，因此它可以提高地基对的承载能力。垂直支撑桩和抗压桩分别位于拱座的两侧，两侧选择弱风化岩石作为承载层。

图3：拱座构造图

两侧拱座基抗的地质条件差，所以在地基底部到拱座基础2m距离的部分增加了水泥涂盖物和加固物，并增强10m的深度。

2.2主拱肋

主拱肋（如图4所示）采用该桁架结构，钢桁架的高度是相同的，桁架的高度为10m（上下弦的中心线之间），在横向方向它被分成3个拱肋，拱肋的间隔是通过计算和优化为10米确定。拱肋的上下弦采用相同的钢箱截面（带有纵向加劲杆），其高度为1.5米，宽度为1.0米。钢桁架拱肋段划分是由起重量控制的，从拱座到拱顶分为9段，全桥共有54段，部分最大起重量是160吨。

钢桁拱肋上下弦杆的壁厚从拱顶到拱座是渐进性增厚，增厚范围30〜48毫米。节点是稳健型铰链。

拱肋腹杆可以是龙骨或钢套箱。波动连接和横向混合的部件是龙骨。钢板的厚度为12mm〜20mm。部件和固体型铰链用于对焊接。

图4:桁架拱的结构

2.3 拱上柱

弓上柱的桥墩采用钢排架结构，三处横方向与拱肋对应。支柱采用箱型，根据稳定性的需要，桥的纵向方向尺寸为1.7〜0.9米和横向上是1.0米。柱 LZ1〜LZ6，LZ10〜LZ15柱间距设置交叉扶手，以提高横向稳定性。柱的板坯为16mm （带有轴向加劲肋）。

2.4桥路车道

桥梁道路的车道采用钢 - 混凝土组合梁（如图5所示），这是多跨连续梁，跨度为27m，复合焊接钢工字梁的深度为1.7米，该上翼片的厚度为16mm和下翼的厚度为26毫米。由于下部翼板坯处于压缩的支持点，增加建筑式钢板弯曲的能力。

钢工字型梁杆的厚度为16mm，添加一个垂直加劲肋的横梁的间隔为2.25米和增加钢的横向横梁为6.75米的间隔。钢筋混凝土桥面板预先制成，采用12cm 的厚度。吊装后，钢纤维混凝土桥梁板和湿接头通过装箱的方式形成一个整体，增强使用湿接头的剪力钉连接器布局的钢梁和钢筋混凝土桥梁板形成的组合梁。大头钉的间距取决于切变的数目。混凝土横梁在伸缩缝桥墩的末端。

2.5 钢结构的涂装

钢桁架拱肋，立柱和桥梁道路的纵向梁的无外壳表面采用喷漆敷料以保证长效防腐作用。防腐涂装的外壳表明：表面清洁处理以获得无油，干燥，其中去除锈皮和爆破的规模为Sa2.5级，无机富锌底漆80um，氟树脂面漆2度35+35um，所以总的干膜的厚度为290um。

图5:桥路的多跨连续摘要复合梁

3 技术特点

3.1 国内桁拱桥中最大的超长跨度上承式钢桁拱桥

在所有的上承式钢桁拱桥中，主跨400m的大宁河大桥在世界同类型桥梁中排在美国新河峡大桥（主跨518米）之后，为世界第二，中国第一。

3.2 大型复杂桥台地基

基台基坑地质条件复杂，存在不同程度的薄弱地质问题。在东海岸（巫山岸）支座基板属于弱风化角砾岩，这意味着周围岩石的压缩模量小而变形较大;在约旦河西岸（奉节岸）的桥台的岩石有不均匀的风化度，局部地区严重风化，所以承载能力低。桥台基础复杂性设计成与桩桥，桥墩，土壤相互作用机理相符合，解决了弱地质条件中支撑拱的设计挑战性。

3.3第一个全焊接超钢支撑拱桥