杭州市彭埠大桥主桥钢梁设计.pdf
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1、桥梁建设 年第 卷第期(总第 期)B r i d g eC o n s t r u c t i o n,V o l ,N o ,(T o t a l l yN o )收稿日期:基金项目:浙江省交通运输厅科研计划项目()P r o j e c to fS c i e n c ea n dR e s e a r c hP l a no fD e p a r t m e n to fT r a n s p o r t a t i o no fZ h e j i a n gP r o v i n c e()作者简介:谢兰博,工程师,E m a i l:q q c o m.研究方向:大跨度桥梁设计.文章
2、编号:()D O I:/j i s s n 杭州市彭埠大桥主桥钢梁设计谢兰博,康晋,刘汉顺(中铁大桥勘测设计院集团有限公司,湖北 武汉 )摘要:杭州市彭埠大桥主桥为()m公轨两用多跨悬链形上加劲钢桁梁桥,采用双层桥面布置,上层通行双向车道公路,下层通行双线地铁与两侧各 m宽的慢行系统.主桥钢梁横向采用片主桁,桁宽 m,桁高 m,节间长、m,主桁钢梁节点为全焊接整体节点,采用两节间半桁片结构设计及拼装方案;上、下层桥面均采用正交异性钢桥面板,竖撑杆位置与上层公路桥面纵梁及下层轨道桥面边纵梁位置对应;为改善上、下层横梁受力,钢梁所有节点处均设置横向联结系;钢梁设置悬链形上加劲弦杆,杆件全高从 m渐
3、变为 m.钢梁采用先架设平弦部分钢桁梁,再施工上加劲系统的总体顺序,平弦部分钢桁梁架设采取双向顶推施工.施工过程中钢梁最大顶推重量为 t,最大顶推长度为 m,最大悬臂长度为 m.采用M I D A SC i v i l软件对该桥运营阶段及施工阶段进行受力验算,结果表明该桥结构刚度较大,运营阶段及施工阶段钢梁受力满足规范要求.关键词:公轨两用桥;连续梁桥;上加劲钢桁梁;正交异性钢桥面板;顶推施工;受力验算;桥梁设计中图分类号:U ;U ;U 文献标志码:AD e s i g no fS t e e lG i r d e r s f o rM a i nB r i d g eo fP e n g
4、b uB r i d g e i nH a n g z h o uX I EL a n b o,K A N GJ i n,L I UH a n s h u n(C h i n aR a i l w a yM a j o rB r i d g eR e c o n n a i s s a n c e&D e s i g nI n s t i t u t eC o,L t d,W u h a n ,C h i n a)A b s t r a c t:T h em a i nb r i d g eo fP e n g b uB r i d g ei n H a n g z h o ui sam u
5、l t i s p a ns t e e lt r u s sg i r d e rb r i d g es t i f f e n e dw i t hr i g i dc a t e n a r i a ns u s p e n s i o ns y s t e mT h eb r i d g ei sad o u b l e d e c k e ra n dh a sf o u rm a i ns p a n so f m,t w os i d e s p a n so f ma n d t w oe n ds p a n so f m,a c c o mm o d a t i n gv
6、 e h i c l e l a n e so nt h eu p p e rd e c k(f o u r l a n e s i ne a c hd i r e c t i o n)a sw e l l a s t w om e t r ol i n e s f l a n k e dw i t ht w o m w i d ep e d e s t r i a n/c y c l e/m o t o r c y c l e l a n e so nt h e l o w e rd e c k T h es u p e r s t r u c t u r eo ft h em a i nb
7、 r i d g ec o n s i s t so ft w ol a t e r a lt r u s s e ss p a c e d ma l o n gb r i d g ew i d t h,t h et r u s s e sm e a s u r e md e e p,t of a c i l i t a t et h ec o n s t r u c t i o n,t h et r u s s e sa r ea s s e m b l e dt o m a n d m l o n gp a n e l sw i t ha l l w e l d e d i n t e g
8、 r a l n o d e s T w op a n e l s f o r ma c o n s t r u c t i o nu n i t a n d t h e t r u s s e sd on o th a v eu p p e ra n dl o w e rl a t e r a lb r a c i n g s,i n s t e a d,e q u i p p e dw i t hu p p e ra n dl o w e ro r t h o t r o p i cs t e e l p l a t ed e c ks y s t e m s T h e l o c a
9、t i o n so fv e r t i c a l s t r u t sc o i n c i d ew i t ht h ee d g es t r i n g e r so fu p p e rr o a d w a yd e c ka n dt h ee d g es t r i n g e r so ft h el o w e rm e t r ol i n ed e c kT oi m p r o v et h el o a db e a r i n gc a p a c i t i e so f t h eu p p e ra n d l o w e rc r o s sb
10、e a m s,l a t e r a lb r a c i n g sa r ea d d e da ta l l t h en o d e so fs t e e lt r u s s e s T h es u p e r s t r u c t u r ei ss t i f f e n e db yt h er i g i dc a t e n a r i a ns u s p e n s i o ns y s t e m w i t hh e i g h tv a r y i n gf r o m mt o m T h e s t e e l t r u s s e s i n t
11、h e f l a t c h o r ds e c t i o n sw e r e e r e c t e da h e a do f t h es t i f f e n i n gs u s p e n s i o n s y s t e m,u s i n gt w o w a yi n c r e m e n t a ll a u n c h i n g m e t h o d T h e m a x i m u mi n c r e m e n t a l l a u n c h i n gw e i g h t,d i s t a n c ea n dc a n t i l e
12、 v e rl e n g t hr e a c h t,ma n d m,r e s p e c t i v e l y T h e l o a db e a r i n gb e h a v i o ro f t h eb r i d g e i nt h ec o n s t r u c t i o na n ds e r v i c es t a g e sw e r e杭州市彭埠大桥主桥钢梁设计谢兰博,康晋,刘汉顺s i m u l a t e d i nM I D A SC i v i l,a n d t h e r e s u l t sd e m o n s t r a t e
13、 t h a t t h eb r i d g e s t r u c t u r eh a s a l a r g e s a f e t ym a r g i n,a n dt h el o a db e a r i n gc a p a c i t yo fw h i c ha tb o t ht h ec o n s t r u c t i o na n ds e r v i c es t a g e sm e e tt h ec o d er e q u i r e m e n t s K e yw o r d s:b r i d g ea c c o mm o d a t i n
14、gr o a d w a ya n dm e t r ol i n e;c o n t i n u o u sg i r d e rb r i d g e;s t e e lt r u s sg i r d e rs t i f f e n e dw i t hr i g i dc a b l e;o r t h o t r o p i cs t e e ld e c kp l a t e;i n c r e m e n t a l l a u n c h i n g;l o a db e a r i n gc a p a c i t yc h e c k i n g;b r i d g ed
15、 e s i g n概述彭埠大桥位于浙江省杭州市,是沪杭甬高速公路杭州市区段改建工程与机场快线跨越钱塘江的关键性工程,是连接杭州市钱江新城与萧山区的综合性交通走廊.大桥全长 m,主桥为主 跨 m的多跨悬链形上加劲钢桁梁桥 ,跨度布置为()m,全 长 m(图).以主桥中心里程K 对称布置 的纵坡,竖曲线半径为 m.主桥采用上 加劲钢桁梁 结构,采用片主桁,桁 宽 m,桁高 m,上加劲系统高 m,钢梁总高 m.钢梁材质为Q q D钢或Q q D钢.从Z Q 支点到Z Q 支点上弦杆节点编号依次为A A ,下弦杆节点编号依次为E E .该桥采用双层桥面布置,上层桥面通行双向车道一级公路,速度目标值
16、k m/h,汽车荷载等级为公路级;下 层 桥 面 布 置 双 线 地 铁 及 两 侧 m宽慢行系统,地铁速度目标值 k m/h,车辆为市域A型车,辆编组.该桥设防地震动峰值加速度 g,特征周期 s.桥址处设计基本风速 m/s.桥址处年平均气温 ,最冷月(月)平均气温 ,最热月(月)平均气温 ,极端最高气温 ,极端最低气温 .年相对湿度约为.受建设条件限制,钢梁难以采用整节段或整片主桁的形式,也不宜采用现场工作量大的散装杆件或拆装式整体节点,需对主桁形式进行研究;该桥上层通行车道一级公路,主桁中心距较宽,桥面横梁及主桁竖杆承受较大的弯矩,为改善结构受力,断面上需设置横向联结系,需对横向联结系的形
17、式进行研究;根据通航要求以及桥址附近已建桥梁影响,该桥主跨取 m,其钢桁梁加劲弦的形式需结合景观及结构受力进行研究.钢梁结构设计 结构约束体系为提高结构抗震能力,减小下部结构规模,需采取减隔震措施.主桥约束体系为:Z Q 及Z Q 墩处横向各设置个支座,其中,个设置在主桁下,为竖向支座,另外个设置在端横梁中间,为横向约束支座,通过钢牛腿与端横梁之间的连接控制边墩处主、引桥的轨道变位;Z Q Z Q 墩处横向各设置个支座,其中Z Q、Z Q、Z Q 及Z Q 墩处采用普通球型支座,Z Q Z Q 墩处采用双曲面球型减隔震支座;主桥在各墩处均设置竖向支承约束,上游侧支座除Z Q 及Z Q 墩外 均
18、设有横向约 束,在 中 墩(Z Q 墩)处还设有纵向支承约束,双曲面球型减隔震支座摩擦系数小于 ,主桥支座最大吨位为 t.结构布置形式该桥上层通行车道一级公路,所需桥面宽度约 m,结合其它桥面构造,桁宽取 m,考虑到结构的对称性,全桥采用带竖杆的华伦式桁架.受地铁界限以及检查车影响,桁高取 m,标准节图杭州市彭埠大桥主桥立面布置F i g E l e v a t i o nV i e wo fM a i nB r i d g eo fP e n g b uB r i d g e i nH a n g z h o u桥梁建设B r i d g eC o n s t r u c t i o n ,
19、()间距 m,边跨端部个节间长度调整为 m.主桥于Z Q Z Q 墩处设置上加劲弦杆,上加劲系统高 m.钢梁上层与下层桥面均采用正交异性钢桥面板,桥面参与主桁共同受力.主桥钢梁横断面布置见图.图主桥钢梁横断面布置F i g C r o s s S e c t i o no fS t e e lG i r d e r i nM a i nB r i d g e根 据 结 构 受 力,钢 梁 采 用Q q D钢 或Q q D钢.为提高下层地铁行车道区域的钢桥面防腐性能,下层桥面板顶板在地铁行车道区域(梁中线两侧各 m宽范围)内采用()mm厚的不锈钢复合钢板.该桥桁宽比一般的双层钢桁梁大,上层横梁、
20、下层横梁和主桁竖杆承受的弯矩较大,因此断面上需设置横向联结系,以减小横梁和腹杆弯矩.传统的横向联结系一般采用桁架式横梁,如沪苏通长江大桥、天兴洲长江大桥、常泰长江大桥等,但是桁架式横向联结系会侵占下层车道净空,导致主梁桁高增大,以及主桥主梁、公路引桥主梁和桥墩材料用量增加.该桥下层桥面通行双线地铁和两侧慢行系统,慢行系统所需净空较小,在地铁和慢行系统之间设置竖杆,慢行系统上方设置斜杆,设置横向联结系后桥面横梁跨径由 m减小为 m,大幅降低了桥面横梁和主桁竖杆的弯矩,减小了用钢量.主桁结构受钢梁的运输、吊装重量限制,钢梁难以采用整节段或整片主桁的形式,且该桥为亚运工程,工期受限,钢梁不宜采用现场
21、拼接量大的散拼节点或拆装式整体节点,因此提出了整体全焊半桁片结构设计及拼装施工方案,较散拼方案缩短了施工工期.钢梁桁宽 m,桁高 m,全桥共 个节间,标准节间距 m.主桁在中间位置设置道水平拼接缝,将标准两节间桁片分为上、下两部分,每个半桁片分别运输到工地架设,最大吊重 t.主桥上、下层桥面均为正交异性钢板的板桁组合结构整体桥面,桥面板与弦杆的顶板通长连接以实现板桁共同受力 .主桁架上、下弦杆均采用箱形截面,截面内高 mm,内宽 mm;竖杆采用H形截面,高 mm,内宽 mm;斜杆采用H形或箱形截面,H形截面高 mm,内宽 mm;箱形截面内高 mm,内宽 mm,主桁杆件最大板厚 mm,节点板最大
22、板厚 mm.钢梁采用全焊接的整体节点,节点外拼接 .在工厂内将杆件和节点板、各连接件的接头板焊成一体.主桁架标准立面布置见图,图中竖杆、斜杆均有接头板.图主桁架标准立面布置F i g T y p i c a lP r o f i l eo fM a i nT r u s s 上加劲系统根据通航要求以及桥址附近已建桥梁影响,该桥主跨取 m.根据钢桁梁受力特点,该桥无法采用平弦钢桁梁形式,需设置加劲弦杆.为压低线路标高、控制工程造价,采用设置上加劲弦杆的形式.带上加劲弦杆的连续钢桁梁是一种较新颖的结构形式,已建成的工程实例不多,设计时需对上加劲系统的景观效果及受力进行重点研究.考 虑 景 观 效
23、果,上 加 劲 弦 杆 截 面 内 高 从 mm渐变到 mm,全高从 mm渐变到 mm,截面高度在节点附近变化;上加劲系统中 间 大 竖 杆 为 变 截 面,内 宽 和 弦 杆 一 致,为杭州市彭埠大桥主桥钢梁设计谢兰博,康晋,刘汉顺 mm,上 弦 杆 和 下 弦 杆 之 间 部 分 内 高 mm,加劲 弦 和 上 弦 杆 之 间 内 高 为 mm;吊杆采用箱形截面,内高分为 mm和 mm两种,内宽均为 mm.上加劲弦杆为主桥关键受力杆件,杆件最大内力为 k N,且分布较均匀,由于加劲弦下端杆件高度较小,仅 mm,因此所需板厚较大,加劲弦下端最大板厚 mm,节点板最大板厚 mm.上加劲系统立面
24、布置见图,上加劲弦杆立面布置见图.图上加劲系统立面布置F i g E l e v a t i o nV i e wo fU p p e rS u s p e n s i o nF r a m e图上加劲弦杆立面布置F i g L a y o u t o fM e m b e r so fU p p e rS u s p e n s i o nF r a m e为改善上加劲系统的横向受力,在墩顶立柱之间布置横梁,以传递上层桥面的风力.考虑景观效果,墩顶立柱横梁为层倒品字箱形截面,高度从中心处的 m渐变至立柱处的 m,通过底部的圆弧过渡.上层公路桥面系上层公路桥面系为正交异性钢桥面板结构 .正交异
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