重慶巫山長(zhǎng)江鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)與

巫山長(zhǎng)江大橋460米鋼管混凝土拱橋ChongqingJiaoTongUniversity設(shè)計(jì)

一、工程概況巫山長(zhǎng)江大橋是一座跨徑460米，一跨跨過(guò)巫峽口的中承式鋼管混凝土拱橋。其鋼管管徑達(dá)到1.22米，吊裝重量達(dá)到180t，總投資1.96億元。是世界上同類(lèi)橋梁中,跨徑和鋼管直徑最大,吊重最重,造價(jià)最經(jīng)濟(jì)的橋梁。二、設(shè)計(jì)（一）大跨鋼管砼拱橋結(jié)構(gòu)構(gòu)造的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1、橋位、橋型、孔跨方案設(shè)計(jì)通過(guò)“工可”三個(gè)橋位方案論證，經(jīng)過(guò)地質(zhì)、地形條件、區(qū)域交通網(wǎng)、工程總體造價(jià)的綜合比較，并經(jīng)過(guò)“工可”、“初設(shè)”反復(fù)論證，推薦采用了現(xiàn)建橋的巫峽口橋位。

“工可”七種橋型方案比選，從工程造價(jià)、與地形匹配、景觀等方面考慮，采用大跨鋼管砼拱橋方案。針對(duì)400米上承式和凈跨460米中承式鋼管砼拱橋比較，從多方面綜合考慮，采用凈跨460米中承式鋼管砼拱橋。2、鋼管砼拱圈主要參數(shù)設(shè)計(jì)主要對(duì)以下參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選：（1）截面徑向高（拱頂為7.0米和8.0米，拱腳截面高為13.0米和14.0米）；（2）拱軸系數(shù)（m

＝1.8、1.6、1.4、1.2、1.05）；（3）桁架節(jié)間距離（4米、6米、8米）；（4）不同弦管管徑、不同腹桿布置形式；比選后，采用了拱頂徑向截面高7.0米，拱腳徑向截面高14.0米，桁架節(jié)間間距為6米，豎腹桿和徑向腹桿組合使用，弦管管徑為1220毫米，腹管管徑為610毫米，凈矢跨比為1/3.8，拱軸系數(shù)為1.55的拱圈設(shè)計(jì)參數(shù)。主拱干圈截干面由干兩肋干組成干，每干肋由干四根干鋼管干構(gòu)成干組合干矩形干截面干柱；干平面干上每干肋兩干根鋼干管由干平行干腹桿干鋼管干聯(lián)接干，縱干面上干每肋干兩根干鋼管干由斜干、豎干腹桿干鋼管干連接干；每干肋間干距為12米處干設(shè)置干橫隔干。3、主干拱圈干截面干構(gòu)造干形式干設(shè)計(jì)兩肋干間的干橫撐干橋面干以下干為“干米”干字撐干，橋干面以干上為干“k”形撐干，加干強(qiáng)了干肋間干橫向干聯(lián)系干，確干保了干全橋干橫向干穩(wěn)定干。主拱干圈節(jié)干點(diǎn)處干受力干肢管干最多干為三干根，干一般干為兩干根，干且肢干管與干主管干的夾干角一干般在50干°左右干。肢干管與干肢管干之間干的焊干縫間干距均干大于50毫米干。（4）吊干裝系干統(tǒng)設(shè)干計(jì)纜索干吊裝干將扣干掛系干統(tǒng)和干吊裝干系鉸干接合干一，干因吊干塔變干位大干，扣干塔要干求變干位小干，為干不相干互影干響，干吊塔干鉸支干于扣干塔頂干端，干且限干制鉸干傳遞干的水干平分干力，干以控干制扣干塔頂干的變干位。4、拱干圈安干裝接干頭構(gòu)干造設(shè)干計(jì)為了干便于干拱肋干懸拼干時(shí)調(diào)干整軸干線，干拱頂干合龍干前，干拱腳干處設(shè)干置了干豎轉(zhuǎn)干鉸.為了干控制干拱肋干線形干及合干龍溫干度影干響，干拱頂干合龍干接頭干設(shè)計(jì)干了瞬干時(shí)合干龍接干頭.拱肋干節(jié)段干安裝干采用干內(nèi)法干蘭臨干時(shí)，干再用干兩塊干與弦干管外干徑項(xiàng)干同的干半圓干弧板干對(duì)接干。為干了順干利能干準(zhǔn)確干定位干，設(shè)干計(jì)采干用了干如下干導(dǎo)向干沖定干銷(xiāo)軸干。5、主干拱圈干安裝干方案干總體干設(shè)計(jì)（1）扣干塔及干索鞍干：安裝干在兩干岸上干，塔干高約10干0米，干塔距57干6米，干以鋼干管砼干柱拼干裝組干成，干橫向干采用干門(mén)柱干式結(jié)干構(gòu)，干便于干起吊干單元干通過(guò)干?？鄹伤敻稍O(shè)置干索鞍干，便干于扣干索通干過(guò)（干扣索干在尾干端錨干梁處干張拉干）。（2）錨干碇、干錨梁干及扣干點(diǎn)：錨碇干采用干錨索干及樁干組合干的結(jié)干構(gòu)形干式，干扣點(diǎn)干設(shè)計(jì)干為錨干梁，干支點(diǎn)干在拱干肋節(jié)干點(diǎn)處干。6、提干高穩(wěn)干定及干動(dòng)力干特性干的構(gòu)干造措干施由于干本橋干跨度干大，干橋梁干寬度干僅為19干.5米，干橋梁干寬跨干比僅干為1：26，為干了提干高橋干梁橫干向穩(wěn)干定、干動(dòng)力干特性干，采干取了干以下干措施干：①將干橋面干梁設(shè)干計(jì)為干先簡(jiǎn)干支后干連續(xù)干的結(jié)干構(gòu)體干系；②長(zhǎng)干吊桿干和高干立柱干處，干設(shè)計(jì)干為吊干桿、干立柱干與橋干面梁干固接干；③短干吊桿干和矮干立柱干處，干設(shè)計(jì)干為吊干桿、干立柱干與橋干面梁干四氟干滑板干支座干鉸支干。這干樣，干借助干橋面干梁的干抗扭干剛度干，提干高橋干梁總干體剛干度。7、吊干桿橫干梁和干橋面干梁的干構(gòu)造干設(shè)計(jì)吊桿干橫梁干和鋼干管砼干拱肋干上立干柱橫干梁為干預(yù)應(yīng)干力砼Ⅰ形截干面梁干，便干于就干地預(yù)干制和干安裝干，減干輕自干重，干降低干工程干造價(jià)干。行車(chē)干道梁干為后干連續(xù)干的預(yù)干應(yīng)力干砼“π”形梁干，吊干裝就干位后干，焊干接連干接梁干肋上干、下干緣主干鋼筋干，再干現(xiàn)澆干接頭干砼30厘米干形成干連續(xù)干梁。干人行干道梁干也為干先簡(jiǎn)干支、干后連干續(xù)的干“π”形連干續(xù)。8、確干定了干吊桿干構(gòu)造干及耐干久性干設(shè)計(jì)本橋干免維干修周干期為30年，干本橋干結(jié)合干自身干特點(diǎn)干，全干面考干慮采干用了干多重干體系干設(shè)防干相結(jié)干合的干綜合干防護(hù)干方案干，同干時(shí)，干吊桿干是可干更換干的。（1）吊干桿采干用10干9φ干7毫米干預(yù)應(yīng)干力環(huán)干氧噴干涂鋼干絲，干防腐干體系干為：干鍍鋅干層＋干環(huán)氧干層（16干0u干m）＋干防腐干脂＋干聚乙干稀護(hù)干套（干雙層干）+發(fā)泡干聚氨干脂+哈氟干管組干成。（2）兩干端采干用0V干ML干ZM干T—干10干9型冷干鑄錨干具，干上下干錨具干分別干有端干頭防干護(hù)板干、防干護(hù)罩干和固干化油干脂，干同時(shí)干，吊干桿外干套哈干氟管干與錨干具間干設(shè)置干熱縮干塑料干套連干接。（3）吊干桿橫干梁處干防護(hù)干處理干措施為了干避免干大氣干、雨干等進(jìn)干入錨干頭腐干蝕鋼干絲，干在橫干梁頂干吊桿干外套干鋼管干處設(shè)干置了干防水干鋼板干，并干將防干水鋼干板與干外套干鋼管干焊接干，確干保密干閉。（4）縱干向限干位裝干置設(shè)干計(jì)為了干限制干短吊干桿因干縱向干變位干而疲干勞破干壞，干在肋干間橫干撐的干端吊干桿處干，設(shè)干置縱干向撐干，并干在橫干撐及干端吊干桿處干的橫干梁上干設(shè)置干滑板干支座干，這干樣既干滿足干了橋干道梁干的自干由伸干縮，干又限干制短干吊桿干的大干應(yīng)變干。9、拱干座構(gòu)干造設(shè)干計(jì)（1）對(duì)干不穩(wěn)干定的干危巖干塊體干進(jìn)行干卸載干清除干；（2）采干用多干層水干平臺(tái)干階和干帶一干對(duì)垂干直撐干的拱干座方干案；（3）采干用較干完善干的錨干桿及干圬工干砌體干對(duì)兩干案進(jìn)干行防干護(hù)；（4）分干離式干的鋼干筋砼干拱座干，橫干向分干別設(shè)干三道干鋼筋干砼橫干撐。10、鋼干結(jié)構(gòu)干防腐干方案干設(shè)計(jì)用電干弧噴干涂鋁干鎂合干金長(zhǎng)干效防干腐方干案，干壽命干按30年以干上考干慮。金屬干表面干處理干等級(jí)Sa干3涂層干組合干：干電干弧噴干涂鋁干鎂16干0μ干m環(huán)氧干封閉干涂層干（84干2）干二道干（50干μm）丙稀干酸聚干氨脂干面漆干二道干（50干μm）（二干）大干跨鋼干管砼干拱橋干施工干工藝干設(shè)計(jì)1、拱干肋安干裝方干案的干確定根據(jù)干本橋干位地干形特干點(diǎn)、干河道干運(yùn)輸干條件干、施干工水干位高干低及干拱肋干節(jié)段干組成干重量干，經(jīng)干多種干施工干方案干論證干比選干，采干用無(wú)干支架干纜索干吊裝干工藝干安裝干拱肋干，是干可行干、風(fēng)干險(xiǎn)小干、經(jīng)干濟(jì)的干施工干方案干。2、扣干、吊干體系干設(shè)計(jì)本橋干主拱干安裝干扣掛干系統(tǒng)干和吊干裝系干統(tǒng)和干一。3、扣干塔構(gòu)干造設(shè)干計(jì)（1）扣干塔設(shè)干計(jì)扣塔干（吊干塔）干構(gòu)造干由鋼干管桿干件組干成桁干架塔干柱。（2）扣干塔索干鞍設(shè)干計(jì)由于干扣索干張拉干體系干張拉干端設(shè)干置在干錨碇干處，干扣索干必須干繞過(guò)干扣塔干頂，干因此干塔頂干由型干鋼組干拼成干了扣干索索干鞍。4、拱干肋節(jié)干段吊干裝程干序設(shè)干計(jì)拱肋干節(jié)段干安裝干由兩干岸拱干座向干跨中干逐段干懸拼干施工干。節(jié)干段為干單肋干安裝干，待干上、干下游干同岸干同一干節(jié)段干吊裝干就位干后，干安裝干節(jié)段干內(nèi)平干面連干接橫干撐，干即形干成一干個(gè)雙干肋節(jié)干段單干元。5、鋼干管砼干灌注干方案干設(shè)計(jì)（1）鋼干管內(nèi)干砼接干力灌干注采用C6干0高強(qiáng)干補(bǔ)償干收縮干砼，干以泵干壓法干自拱干腳向干拱頂干按設(shè)干計(jì)的干壓注干順序干，按干三級(jí)干接力干灌注干鋼管干內(nèi)砼干。（2）灌干注中干扣索干索力干調(diào)整干值根據(jù)干鋼管干內(nèi)砼干灌注干的不干同階干段張干拉扣干索索干力，干以控干制主干拱鋼干管應(yīng)干力及干變位干。施工棧橋布置圖6、主干跨施干工流干程圖研干究■干計(jì)算干理論干：有初干應(yīng)力干的鋼干管混干凝土干極限干承載干能力干計(jì)算干方法鋼管干混凝干土收干縮、干徐變干規(guī)律干及其干計(jì)算干方法鋼管干混凝干土節(jié)干點(diǎn)疲干勞設(shè)干計(jì)方干法■施工干技術(shù)干：大跨干徑鋼干管拱干肋的干精確干安裝干問(wèn)題大體干積管干內(nèi)混干凝土干灌注干問(wèn)題管內(nèi)干混凝干土脫干空問(wèn)干題■設(shè)計(jì)干技術(shù)干：鋼管干混凝干土拱干橋合干理構(gòu)干造形干式鋼管干拱肋干節(jié)段干的連干接短吊干桿的干使用干壽命背景在巫干山橋干建設(shè)干時(shí)，干國(guó)內(nèi)干外還干沒(méi)有干鋼管干混凝干土拱干橋設(shè)干計(jì)和干施工干技術(shù)干規(guī)范干。在干計(jì)算干理論干、設(shè)干計(jì)技干術(shù)和干施工干技術(shù)干方面干還有干許多干技術(shù)干問(wèn)題干亟待干解決干：■干計(jì)算干理論干：有初干應(yīng)力干的鋼干管混干凝土干極限干承載干能力干計(jì)算干方法鋼管干混凝干土收干縮、干徐變干規(guī)律干及其干計(jì)算干方法鋼管干混凝干土節(jié)干點(diǎn)疲干勞設(shè)干計(jì)方干法■設(shè)計(jì)干技術(shù)干：鋼管干混凝干土拱干橋合干理構(gòu)干造形干式鋼干管拱干肋節(jié)干段的干連接短吊干桿的干使用干壽命■施工干技術(shù)干：大跨干徑鋼干管拱干肋的干精確干安裝干問(wèn)題大體干積管干內(nèi)混干凝土干灌注干問(wèn)題管內(nèi)干混凝干土脫干空問(wèn)干題研究干思路以巫山長(zhǎng)江大橋?yàn)橐劳?，通過(guò)大直徑鋼管混凝土構(gòu)件試驗(yàn)研究與理論分析，解決了鋼管混凝土徐變、節(jié)點(diǎn)疲勞以及極限承載能力計(jì)算方法等重大理論問(wèn)題；通過(guò)設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化、特殊構(gòu)造模擬試驗(yàn)，解決了特大跨鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題；通過(guò)施工實(shí)踐、工藝優(yōu)化與改進(jìn)，解決了施工中存在的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題；最終形成了一整套先進(jìn)的鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)施工技術(shù)。并通過(guò)巫山長(zhǎng)江大橋的工程實(shí)踐得到驗(yàn)證?？紤]約束的徐變系數(shù)壓應(yīng)力拉應(yīng)力鋼管混凝土收縮徐變?cè)囼?yàn)構(gòu)件主要干成果通過(guò)干節(jié)段干模型干實(shí)驗(yàn)干，揭干示了干鋼管干混凝干土徐干變規(guī)干律，干提出干了用干考慮干鋼管干約束干的徐干變系干數(shù)，干來(lái)替干代砼干的徐干變系干數(shù)進(jìn)干行徐干變分干析的干方法干。提出干用組干合截干面法干來(lái)模干擬鋼干管混干凝土干單元干，得干到了干鋼管干與混干凝土干應(yīng)力干重分干布公干式：1.提出了鋼管混凝土收縮、徐變規(guī)律及其計(jì)算方法鋼管干混凝干土拱干橋設(shè)干計(jì)計(jì)干算理干論2.提出干了大干型鋼干管混干凝土干節(jié)點(diǎn)干設(shè)計(jì)干計(jì)算干方法主要干成果鋼管干混凝干土拱干橋設(shè)干計(jì)計(jì)干算理干論針對(duì)特大跨鋼管混凝土拱橋的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)，提出了大型鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)計(jì)算方法。鋼管混凝土疲勞強(qiáng)度：修正系數(shù)：■主管中灌注混凝土后，混凝土約束鋼管變形，應(yīng)力發(fā)生重分布，節(jié)點(diǎn)應(yīng)力集中現(xiàn)象已不明顯；相貫線處的應(yīng)力分布趨于均勻；同時(shí)也改善了整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力情況。■鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)疲勞壽命較空鋼管節(jié)點(diǎn)大幅提高；特別指出加肋板的板——管節(jié)點(diǎn)是一種低壽命的節(jié)點(diǎn)類(lèi)型，其疲勞強(qiáng)度較差?！鲋饕沙晒?jié)點(diǎn)干疲勞干實(shí)驗(yàn)巫山干橋節(jié)干點(diǎn)構(gòu)干造（單干位：MP干a）鋼管干混凝干土試干件與干空心干管試干件在干支管干中截干面處干應(yīng)力干比較主要干成果測(cè)點(diǎn)5354555657585960空心管試件21.9511.672.5213.2922.5413.011.8211.20鋼管砼試件16.8713.329.9013.5917.8013.548.4813.35提出干了有干初應(yīng)干力的干鋼管干混凝干土極干限承干載能干力計(jì)干算方干法承載力影響系數(shù)針對(duì)初應(yīng)力對(duì)大直徑（1.22m）鋼管混凝土構(gòu)件承載力的影響進(jìn)行了研究，提出了極限承載力計(jì)算方法?！龉軆?nèi)混凝土有初始應(yīng)力對(duì)整個(gè)鋼管砼結(jié)構(gòu)極限承載力有較大的提高，較普通鋼管混凝土提高18％左右；僅鋼管有初始應(yīng)力對(duì)整個(gè)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)極限承載力有一定的影響?！鲋饕沙晒摴芨苫炷赏凉案蓸蛟O(shè)干計(jì)計(jì)干算理干論3.鋼管混凝土承載能力試驗(yàn)主要干成果主要干成果在20種設(shè)干計(jì)參干數(shù)組干合方干式中干進(jìn)行干優(yōu)選,提出干了全干拱受干力均干衡、干上下干弦內(nèi)干力接干近和干外形干輪廓干變化干分明干的空干間鋼干管混干凝土干桁架干肋拱干。解干決了干世界干第一干大跨干徑鋼干管混干凝土干拱橋干合理干構(gòu)造干形式干。提出干了鋼干管混干凝土干拱橋干合理干構(gòu)造干形式鋼管干混凝干土拱干橋設(shè)干計(jì)關(guān)干鍵技干術(shù)1.主要干成果首次研發(fā)出了力學(xué)和施工性能優(yōu)良的內(nèi)法蘭拱肋接頭，既保證了拱肋連接牢靠、安裝方便，又保證了拱肋優(yōu)美外形和管內(nèi)混凝土灌注通暢。獲得國(guó)家專(zhuān)利。2.鋼管干混凝干土拱干橋設(shè)干計(jì)關(guān)干鍵技干術(shù)主要干成果在短吊桿處首次設(shè)計(jì)了縱向限位裝置，與傳統(tǒng)的構(gòu)造形式相比，改善了短吊桿的受力，延長(zhǎng)了使用壽命。3.鋼管干混凝干土拱干橋設(shè)干計(jì)關(guān)干鍵技干術(shù)主要干成果1.大跨干徑鋼干管砼干拱橋干無(wú)支干架吊干裝斜干拉扣干掛工干法總結(jié)干出了干大跨干徑鋼干管砼干拱橋干無(wú)支干架吊干裝斜干拉扣干掛工干法—獲國(guó)干家級(jí)干工法干。鋼管干混凝干土拱干橋施干工關(guān)干鍵技干術(shù)首次采用了吊扣鉸接合一工藝。吊、扣塔合一復(fù)合式錨錠（樁錨加巖錨）主要干成果干點(diǎn)鋼管干混凝干土拱干橋施干工關(guān)干鍵技干術(shù)采用了復(fù)合式錨錠，大大減小了錨錠砼體積1.大跨干徑鋼干管砼干拱橋干無(wú)支干架