钢锚箱 钢锚梁 环向预应力 构造简图 塔柱两侧拉索的水平分力通过锚箱的竖直及水平钢受力板来平衡,部分不平衡水平机理 力由塔柱承受,竖直分力通过锚箱两侧竖直钢板的剪力键传递到塔柱混凝土中。 平衡水平力主要由锚箱承塔柱受,不平衡水平力由塔柱整受力 体承受。 钢锚箱在工厂预制完成,容安装易控制锚固点的位置和角精度 度;现场仅需控制塔柱混凝土基座标高。 对吊装能力要求高,钢锚箱施工在浇筑上塔柱前采用焊接要求 拼装,施工较为方便,国内有成功经验可供借鉴。 后期养护要求与钢箱梁相似,有养护 一定难度。 工程实例 费用 推荐意见 苏通大桥 诺曼底大桥 较高 不做方案研究 锚固钢横梁本身是独立的构件,支撑于塔柱内侧牛腿上,平衡两侧拉索的大部分水平分力,部分不平衡水平分力通过横梁下支撑的摩阻力和水平限位装置传递至塔壁。拉索的竖直分力传递至塔柱内侧牛腿。 平衡水平力由锚梁承受,不平衡水平力由一侧塔柱壁承受。 工厂完成钢锚梁制作,确定锚垫板位置,现场施工对每组牛腿位置均需精确定位。 对吊装能力要求不高, 钢锚梁的安装在塔柱施工完成后,对塔柱内部空间有要求。 养护难度比钢锚箱方案小。 安娜雪丝桥 南浦大桥 较钢锚箱低 推荐 上塔柱锚固区段除参与全桥整体受力外,还将拉索锚固集中力传递至塔壁,为防止开裂,平衡塔壁的拉应力,在其周边施加环向平面预应力。 水平力由两侧塔柱壁承受。 锚固系统全部在现场完成,由于在高空作业,锚垫板的角度及位置控制较难。 主要施工难点是需要多次张拉预应力,高空浇筑混凝土锚固构造也有一定难度。 仅锚头需养护。 杨浦大桥 南京二桥 较低 比选 从上述比选看,钢锚箱方案虽然受力可靠,但施工难度大,后期养护要求高,且费用较高,对本项目并不适用,故不对钢锚箱方案进行过多研究,钢锚梁和环向预应力方案都进行了较为深入的方案设计。
②锚固构造 1)钢锚梁方案
对H型索塔,斜拉索为平面索,钢锚梁受力简单,不承受面外荷载,且构
造容易,因此除A1、J1索外,均采用钢锚梁。对索塔方案一(钻石型索塔),斜拉索为空间索,通常情况下钢锚梁不用于空间索面,面外角度导致锚梁构造困难,且结构需承受面外荷载。因此对索塔方案一,斜拉索塔端锚固型式采取钢锚梁和环向预应力齿块锚固相结合的形式。前10对斜拉索由于面外角度大且索力较小,塔壁承受的水平力较小,采用环向预应力砼齿块的锚固形式;其余斜拉索面外角度小于5度,索力较大,采用钢锚梁锚固形式。
A11、J11~A20、J20用钢锚梁A1、J1~A10、J10使用环向预应力砼齿块图 错误!文档中没有指定样式的文字。-10 索塔方案一斜拉索锚固总体布置
钢锚梁分为两部分,使用高强螺栓进行连接,可在混凝土塔施工完成后进行安装,施工方便,如下图所示。
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图 错误!文档中没有指定样式的文字。-11 钢锚梁构造示意(cm)
对于钢锚梁的牛腿形式,我们进行了进一步比较,如下表所示。
表 错误!文档中没有指定样式的文字。-4斜拉桥钢锚梁牛腿形式比选 牛腿形式 工程实例 钢牛腿 金塘桥、荆岳桥 混凝土牛腿 闽浦大桥、灌河大桥 受力性能 安装精度 拉索竖向力需通过剪力钉传递 定位容易、安装精度较高 混凝土牛腿主拉应力大,易开裂 牛腿表面平整度较难满足设计要求 塔柱内壁受砼牛腿影响,施工效率低 比较 施工要求 推荐意见 不影响塔柱施工 推荐 ②环向预应力方案中沿塔壁设置对拉的“U”形预应力束,施加环向预应力来保证混凝土塔壁不开裂,预应力的竖向布置根据索力大小进行调整,“U”形预应力束布置见下图。
3050R500T1R150R15030707550450T2305075R17030R1图 错误!文档中没有指定样式的文字。-12 环向预应力布置示意(cm)
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1.2.1.4. 加劲梁
结合梁是混凝土桥面板与钢梁通过连接件组合在一起共同受力的梁型。相比与钢箱梁,结合梁以廉价且刚度较大的混凝土桥面板代替了造价较高且受力复杂的正交异性钢桥面板,因此,它在经济性及耐久性上有一定的优势;相比与混凝土梁,结合梁的自重较轻,更加适用于大跨度斜拉桥,且施工质量更易控制。由于结合梁独特的优势,它在国内外中、大跨度斜拉桥上被较多采用。
从结合梁中钢主梁的构造形式来分,结合梁可分为双边主梁结合梁、整体箱形结合梁、PK箱结合梁、桁腹式结合梁。
整体箱形结合梁在钢箱梁的基础上,把正交异性钢桥面板替换成混凝土桥面板,主跨420m的东海大桥即采用这种形式的结合梁。PK箱形叠合梁钢梁为分
离式的倒梯形双箱,两箱通过中间的钢横梁连接,钢梁上铺设混凝土桥面板,钢混通过连接件连接以形成组合截面,国内主跨480m的椒江二桥是唯一一座采用PK断面形式的大跨度叠合梁斜拉桥。桁腹式叠合梁其钢梁部分为钢桁架,桁架弦杆上设置连接件同混凝土桥面板连接形成组合截面,主跨490m的Oresund桥即采用这种断面类型。
在结合梁斜拉桥中,更多采用的则是双边主梁式结合梁。双边主梁式结合梁的钢主梁可采用工字形或箱形,两主梁间采用钢横梁连接,钢横梁之间设置小纵梁,钢梁、钢横梁以及小纵梁形成的稳定的格构体系。钢主梁、钢横梁以及小纵梁顶通过焊接剪力钉与混凝土桥面板相连。该类结合梁施工架设方便,钢梁制作简易。著名的希腊里翁桥和杨浦大桥、南浦大桥均采用了双主梁式的结合梁。下表为部分国内外双边主梁结合梁斜拉桥资料。
表 错误!文档中没有指定样式的文字。-5国内外部分结合梁斜拉桥一览
桥名 主跨跨径(m) 主梁形式 希腊里翁桥 3×560 双边工字梁 22.1 27 2.2 40~80 80~90 25 武汉二七路大桥 2×616 青州闽江 大桥 605 杨浦大桥 602 双边箱梁 9 25 32.5 2.2 25 35~60 26~40 南浦大桥 423 双边工字梁 9 25 30.35 2.1 35 50~80 26 灌河特大桥 340 双边工字梁 11.7 34 36.6 2.8 36~50 60~80 28 双边工字梁 双边工字梁 13.5 30.5 32.3 2.935 36 80 26 13.5 27 32 2.45 36~50 70~80 25 纵向索间距(m) 12.174 横向索间距(m) 梁全宽(m) 梁高(m) 顶板板厚(mm) 底板板厚(mm) 桥面板厚(cm) (1) 双边工字梁结合梁方案
该方案主梁全宽36.5m,节段标准长度12m、边跨尾索区节段为9m,主梁沿纵向每4m 设置一道横梁,横梁之间设置3道小纵梁,钢梁、横梁、小纵梁三者连接成为稳定的梁格体系。
36500175017505003000+3×3750+750=15000330002000750+3×3750+3000=15000175050017509cm沥青混凝土铺装26cm钢筋混凝土桥面板设计标高2%2%
图 错误!文档中没有指定样式的文字。-13 双边工字梁方案主梁标准横断面
边主梁工字形断面梁高2.7m;顶板宽1m,标准段厚32mm,辅助墩以及中跨合拢段附近区域加厚至48mm;腹板标准板厚24mm,在索塔以及辅助墩附近区域增厚至30mm,腹板在高度方向设置3道纵向加劲,纵桥向每隔2m设置一道竖向加劲;根据受力需求,工字梁底板的宽度与厚度均有变化,标准梁段底板尺寸1100×50mm,辅助墩墩顶附近梁段1900×86mm,标准梁段与加厚段之间过渡采用1500×70mm以及1300×60mm。
横梁采用变高度工字形截面,标准梁段横梁中心梁高3.34m,两侧梁高2.3m,与两侧工字梁腹板竖向加劲板栓接。横梁顶板尺寸700×30mm;底板跨中区域尺寸700×36mm,两侧减薄至24mm;腹板板厚16mm。每两道横梁之间设置三道小纵梁,小纵梁横桥向间距8.55m,采用工字形截面,梁高710mm。小纵梁顶板尺寸400×16mm,底板尺寸240×20mm,腹板板厚12mm。钢主梁、横梁及小纵梁均采用Q345d钢材。
钢梁节段之间的连接、钢梁与横梁的连接以及横梁与小纵梁的连接均推荐采用栓接的方式。
标准梁段混凝土桥面板在钢主梁顶厚50cm,在钢主梁之间厚26cm,在工字梁顶采用φ22×300的剪力钉与钢梁连接,在横梁、小纵梁顶采用φ22×200的剪力钉与钢梁连接。在边跨辅助墩、过渡墩顶区域,混凝土桥面板加厚至50cm,以增加边跨压重。桥面板采用C55混凝土。
由于边跨部分已经进入陆域或浅滩区,没有大吨位运梁船进入的条件,因此桥面板采用预制+现浇湿接缝的施工方案,横桥向分为4块预制板,顺桥向两道横梁之间设为一块预制板。