嘉绍大桥设计创新研究-济南汇报

滑板磨耗仅为 0.2mm
滑板磨耗＞5mm
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4.创新技术2：刚性铰新型结构装置研发
伸缩 装置
首次研发了具有减振降噪功能的单元式多向变位伸缩装置，实现了 刚性铰的复杂变位功能，并优化了其边界条件
弯剪扭组合受力 轴向伸缩
单元式多向变位伸缩装置
功 能
伸缩装置
多向变位铰
高阻尼减振垫
聚氨酯弹性混凝土层
多向变位
高程（m）
2006-04 2006-07 2006-11 2007-04 2007-07 2007-11 系列7 系列8 系列9
确保结构阻水 率 5%以下
北 岸 规 划 线
南 岸 规 划 线
11000m
现 南 岸 线
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000 11000 12000 距北岸距离（m）
1000 800 600 400 200 0
DIS-G01-01S DIS-G01-02S
刚性铰支座位移计
4 刚性铰运营期情况 4. 创新技术2：刚性铰新型结构装置研发
刚性铰位移计最大行程（mm)
DIS-G01-03S
DIS-G01-04S
4 刚性铰运营期情况 4. 创新技术2：刚性铰新型结构装置研发
独柱 墩身
设置横系梁组成 纵横向框架结构
独柱 墩身
D3.8m 桩基础
钢护筒用作 挡水和抗冲 磨结构
D3.8m 桩基础
结构阻水率仅为 4.7%，有效保护了涌潮
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3.创新技术1：多塔斜拉桥创新结构体系
嘉绍大桥为主跨428m六塔斜拉桥，为世界上最长多塔斜拉桥。 主要技术难点是主梁竖向活载刚度及长主梁温度变形问题
双排支座：解决体系刚度小
实现塔梁竖向和转动约束，力学行 为接近固结，而构造上表现为分离
刚性铰：解决主梁温度变形大
释放主梁纵向位移并可约束其它 位移，能抵抗弯矩、剪力和扭矩
竖向刚度提高26%
双排支座
边塔塔底温度内力降低36%
“双排支座+刚性铰”结构体系突破了刚度和温度效应的双重制约
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3.创新技术1：多塔斜拉桥创新结构体系
刚 性 铰实桥运营 期 状况
累计位移
DIS-G56-01S
DIS-G56-03S
DIS-G56-05S
由逐月累计位移统计结果可见，累计位移与月份有一定相关性，但并未发生随年份的显著变化。 表明刚性铰工作状态和工作性能比较稳定。
累计位移上限 （m）
1000 800 600 400 200 0
刚性铰小箱梁处累计位移总量在369.8m~934.1m之间。大部分小于600m，年均200m。工作状态正常 、支座磨损量在可接受范围内。以累积滑移行程能力10km计，寿命超过50年
运营 往复受力 误差趋零 空间有限 消减冲击 正负调高 便于推出
千斤顶:推拉调节板 楔形板:调节高度 -10mm~3mm
无级调高减振支座原理
缓冲减振垫:消减冲击
功 能
安装 更换
km
累计滑移行程
性 能 验 证
20 15 10
14.4
10km/30a
7.2
5
0
普通支座
普通支座 刚性铰专用支座
刚性铰专用支座
分幅独立吊装
首次完成了强潮河段钢箱梁运输吊装施工（ 7.7万吨、374片）。
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2.总体方案： 因地制宜的桥型、结构形式及施工方案
引桥
首次提出了3.8m大直径单桩独柱70m跨径连续刚构桥新型结构， 控制了结构阻水率，规避了下部承台的施工风险。
引桥占总长＞70% 结构阻水率＜5%
单桩独柱连续刚构桥新型结构
4
2.总体方案： 因地制宜的桥型、结构形式及施工方案
主桥
技术挑战
创新 桥型
提出了主跨428m、总长2680m独柱六塔双幅四索面 世界最长钢箱梁斜拉桥
阻水率＜5% 潮位差达9m
深槽摆幅＞2km
创新桥型
5×428m
独柱形桥塔
分体双幅钢箱梁
5×428m独柱六塔双幅四索面世界最长钢箱梁斜拉桥
泥下承台
5
通航范围＞2km、结构阻水率＜5%，保证了通航，并保护了涌潮。
差在5%以内
四个小箱梁栓接面相对错位误差 <1mm，平行度达到“零误差”精度
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刚 性 铰实桥运营 期 状况
各刚性铰位移变形协调、一致，最大位移行程约为805mm，小于设计值1360mm，变形性能及变形范 围正常。 刚性铰支座位移协调性
DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-… DIS-G56-…
5.创新技术3：多功能全方位钢箱梁检查车研发
多功能 检查车是钢箱梁检查维护的重要设备。针对多塔斜拉桥跨数多、X 检查车 托架检修盲区难题，研发了全方位多功能钢箱梁检查车 技 术 难 题 全方位多功能钢箱梁检查车
索塔及刚性铰将全桥双幅分为20个检修区段 常规布置共需要20台检查车
-
盲区
实现了钢箱梁检修无盲区全覆盖
• 约束其他自由度位移
点接触受力
关键构造
大箱
梁
保障系统
密封 系统 监测
刚性铰新型装置
小箱
梁
固定
端
除湿
系统 更换
专用
专用伸
支座
缩装置
系统
系统
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4.创新技术2：刚性铰新型结构装置研发
专用 支座
在国际上首次发明了具备可正负无极调高并具有柔性减振功能的刚 性铰专用支座，解决了刚性铰支座安装、预紧和更换的难题
2.总体方案： 因地制宜的桥型、结构形式及施工方案
主桥
技术挑战
创新 桥型
提出了主跨428m、总长2680m独柱六塔双幅四索面 世界最长钢箱梁斜拉桥
阻水率＜5%
潮位差达9m
深槽摆幅＞2km
创新桥型
5×428m
独柱形桥塔
分体双幅钢箱梁
低潮位水浅，只能利用有限的高平潮时段运输，有效吊梁时间小于1小时
潮位（m） 流速（m/s） 10 8 6 4 2 0 0 -2 -4 -6 -8 -10 2 4 6 8 10 12 时间（小时） 14
实现了多塔斜拉桥的无限拓展，具有广阔的应用前景
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4.创新技术2：刚性铰新型结构装置研发
新型 装置
首次提出了能释放主梁轴向变形，约束其他自由度变形，确保桥面 连续的钢箱梁刚性铰新型装置。 力学原理 实现效果
• 将复杂的面接触受力 转化为了明确可控的
将弯矩、扭矩、剪力转换为支座反力
功能需求
• 释放主梁轴向变形
技术挑战
创新 桥型
提出了主跨428m、总长2680m独柱六塔双幅四索面 世界最长钢箱梁斜拉桥
阻水率＜5%
潮位差达9m
深槽摆幅＞2km
创新桥型
5×428m
独柱形桥塔
分体双幅钢箱梁
上部结构 采用四索 面分体钢 箱梁
1、减小梁段吊装重量 2、降低吊机同步性要求 控制定位吊装时间在1小时内
中间横梁 滞后安装
增大
0
支座间距（m）
m） 托架弯矩（kN·
不明显
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3.创新技术1：多塔斜拉桥创新结构体系
验证与 实测数据验证了“双排支座+刚性铰” 结构体系的先进性和合理性。该新 意义 型体系推动了多塔斜拉桥设计理论和技术进步，应用前景广阔
主梁活载竖向挠度校验系数均小于1.0
温度变形与理论分析吻合度超过95%
n×3塔斜拉桥
机理
放主梁轴向变形才能解决
半漂浮
全漂浮
固结
在温度荷载受力及构造处理上有利
对结构体系刚度有利
传统体系
漂浮体系 半漂浮体系 固结体系
主梁刚度
× × √
边塔温度内力
× × ×
结论
传统结构体系 均不满足要求
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3.创新技术1：多塔斜拉桥创新结构体系
结构 在国际上首创了“双排支座+刚性铰”多塔斜拉桥结构体系，科 体系 学合理地解决了结构体系刚度及长主梁温度变形的技术难题
设计 揭示了双排支座体系支座间距对多塔斜拉桥结构受力的影响规律， 方法 提出了基于支座负反力和托架弯矩的合理支座间距确定方法
间距 变化 对索 塔受 力影 响小
基于支座负反力和托架弯矩的支座间距确定方法
支座间距增大对结构响应的影响规律
结构响应 跨中挠度和塔顶水平位 移 索塔内力 支座反力 趋势 减小 减小 减小 规律
在强涌潮环境下，面临着潮强流急、深槽摆幅大、施工风险高、保护 涌潮奇观等带来的巨大挑战
强涌潮环境主要挑战
潮பைடு நூலகம்流急 河床摆动 施工受限
潮差达9m， 低潮位水浅 有效运输时间小 于 1h/d
涌潮保护
潮压达 75kPa 流速超 10m/s
10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 0 1000
深槽摆动幅 度 2km以上
2
1. 工程背景:钱塘江强涌潮建设条件
钱塘江是世界三大强涌潮河流之一，钱江涌潮是举世闻名的自然奇观
钱江涌潮成因： 1、入海口喇叭形 2、澉浦附近存在一个沙洲； 3、风向东南风。 杭州湾大桥
退潮段
强潮段
起潮段
江东大桥
彭埠大桥 西兴大桥 钱江 一桥
九堡大桥 下沙大桥
嘉绍大桥
复兴大桥
3
1. 工程背景:钱塘江强涌潮建设条件
主梁挠跨比
L/389
L/400
L/303 L/347
L/701
L/503
2
3
4 塔数
5
6
主梁刚度随塔数增加而降低
竖向刚度不满足L/400规范要求
边塔温度内力随塔数增加而增加
边塔截面不满足承载力要求
9
3.创新技术1：多塔斜拉桥创新结构体系
受力 多塔斜拉桥存在刚度和温度效应难以协调的问题，传统结构体系 均无法满足要求，必须通过调整结构支承体系增加竖向刚度和释
汇报人： 林道锦 中交公路规划设计院有限公司
2017年10月
汇 报 提 纲
1.工程背景:
钱塘江强涌潮建设条件
2.总体方案： 因地制宜的桥型、结构形式及施工方案 3.创新技术1：多塔斜拉桥创新结构体系 4.创新技术2：刚性铰新型结构装置研发 5.创新技术3：多功能全方位钢箱梁检查车研发 6.技术总结： 项目取得的社会效益、经济效益
刚 性 铰实桥运营 期 状况
车辆动载位移
DIS-G56-01S
DIS-G56-02S
DIS-G56-03S
由10分钟最值与差值的统计结果，动载引起的刚性铰位移绝大多数小于5mm，一般不超过20mm。
局部分析十分钟内的位移行程未发现刚性铰有受活载引起的频繁微动现象。
4 刚性铰运营期情况 4. 创新技术2：刚性铰新型结构装置研发
抗冲击、控疲劳
降低噪声
当车速为80~100km/h时，经过伸缩装置减振后冲击荷载与车轮荷载之比小于0.5
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4.创新技术2：刚性铰新型结构装置研发
安控 技术
要 求 组 装 方 法 验 证 方 法
跑 合 试 验
发明了刚性铰的安装调试检测方法和安装施工方法，实现了高精度 制造安装工艺和控制技术
48个支座滑移面与桥轴线严格平行
盲区
X托架存在检修盲区
全桥仅需4台新型检查车
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5.创新技术3：多功能全方位钢箱梁检查车研发
转体检查车运动原理
旋转轨道
左、右驱动机构
首先通过驱动装置转动旋转轨道将一侧轨道进行变轨，旋转变轨后通过左右驱动装置的 协调动作，进行检查车顺时针或逆时针转体。转体动作为可逆动作，实施逆向动作即实现 检查车转体还原。 关键词： 变轨：通过驱动装置90度转动旋转轨道； 转体：左右驱动装置的协调动作，检查车由直线行走姿态顺时针或逆时针转体 还原：左右驱动装置的协调动作，检查车由转体姿态归位到直线行走姿态。
4个小箱梁栓接面严格平行
小箱梁制造精度控制指标体系 平面度
≤0.2mm
“反向拼装”安装方法
制作固 定端单 元块 固定端 跑合 栓接面与 与小箱 大箱梁横 试验 梁栓接 隔板焊接
平行度
≤0.5mm
垂直度
≤0.5mm
粗糙度
12.5μm
往复推拉 卷扬机 耳板 定滑轮
推 拉 力 检 测
实测摩擦系数
小于0.03，误
支座反力（kN）
边塔支座 边塔托架弯矩
12000 400000 8000 300000 200000 4000
次边塔支座 次边塔托架弯矩
中塔支座 中塔托架弯矩
不明显 间距较小时明显，当达到一 定大小时，趋势逐渐减缓 明显
最 优 间 距
16 26 36 46 56
100000 0
支座总竖向力
托架弯矩
减小
有效吊梁 时间段
一般大潮 潮位过程 5年一遇大潮 潮位过程 300年一遇大潮 潮位过程 一般大潮 流速过程 5年一遇大潮 流速过程
潮位
300年一遇大潮 流速过程
必须采用适 宜快速运输 吊装的上部 结构形式
流速 一次大潮过程的潮位及流速过程曲线
6
2.总体方案： 因地制宜的桥型、结构形式及施工方案
主桥