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[技术] 宁波市外滩大桥设计 [复制链接]

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桥梁网 发表于 2012-4-5 10:17:08 |显示全部楼层 |          |
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宁波市外滩大桥设计


文/马 葛竞辉 张俊杰


[attach]6203[/attach]


  外滩大桥位于宁波市中心城的核心地带。根据城市总体规划,大桥的建设对宁波市的交通系统建设具有重要意义,将极大地改善三江口中心城区的交通状况,为促进城市的发展创造更好的条件。同时,该桥的造型对于树立宁波市城市形象也具有极为重要的意义。98m高的三角形主结构把外滩大桥定位成一个不对称的平衡体系,赋予该桥一种新的内涵,变成了宁波的一种象征。桥塔倾斜成“人”字形,寓指人文的宁波,着重表达宁波搏击风雨、勇往直前、具有海洋般宽阔胸襟的现代化花园城市形象。工程地理位置如图1所示。
  宁波市外滩大桥由于其特殊的地理位置,主桥采用主跨225m的独塔四索面异型斜拉桥结构,主桥为分离式双箱断面,索塔采用三角形结构,主梁两侧向下悬挑伸出曲线的人行桥。外滩大桥的结构设计是在建筑造型选定下的一次大胆尝试。外滩大桥的结构体系、主要构件和关键节点构造、施工方案等方面均具有独特之处,实现了力学与美学的结合统一。

[attach]6198[/attach]

图1 外滩大桥地理位置图 图2 外滩大桥

  设计技术标准

  (1)道路等级:城市主干路。
  (2)设计车速:50km/h。
  (3)设计荷载:汽车荷载:城-A级;人群荷载按《城市桥梁设计荷载标准》(CJJ77-98)相关规定取用。
  (4)主桥桥面宽度:采用分离式断面,单侧桥宽4.0m(人行道及栏杆)+1.9m(拉索区及防撞护栏)+3.0m(非机动车道)+0.5m(机非分隔带)+11.5m(机动车道)+0.5m(防撞栏杆)=21.4m。中央分隔带宽1.0m~11.6m。主梁下悬挑人行桥宽度:3.0m(人行道及栏杆)。
  (5)基本风速:U10=31.3m/s。
  (6)抗震要求:地震基本烈度VI度,采用二水准设防、二阶段设计方法。
  (7)设计洪水位:按照300年一遇洪水位设计。
  (8)通航要求:通航标准为内河1000吨级,设计通航高潮位1.83m,通航净空10m,航道净宽90m。

  主桥总体设计

  设计构思

  外滩大桥采用独塔四索面异型斜拉桥,与甬江航道的不对称性相协调,主塔向江东侧倾斜,并用一根强大的钢质拉杆从甬江东岸拉住,拉杆与主塔构成稳定而醒目的三角形体系,通过斜拉索悬吊起整个桥体,给人以强大的震撼力。另外,主梁两侧向下悬挑伸出曲线的人行桥直接延伸到江边的休闲公园里,使桥梁与两岸景观的衔接恰到好处。如图2。
  与桥址区甬江主航道偏向西岸侧对应,外滩大桥主桥采用全钢独塔四索面异型斜拉桥结构,跨径布置自西向东为(主跨225m)+(边跨82m+30m)=337m。甬江中靠东
  侧浅滩处设一主墩,与索塔固结,边墩均在岸上。主跨也是不对称于整个江面,其中心与主航道中心对齐。总体布置图如图3所示。
  主梁采用分离式钢箱梁,通过横梁连为整体。江东侧主梁两侧向下悬挑伸出曲线的人行桥。
  索塔采用三角形斜塔结构,向江东侧倾斜,位于主梁中间。前塔柱从塔头分出两肢倾斜向下延伸,在桥面处与主梁固结,通过主梁后,竖直向下与主墩固结。水平杆连接前塔柱下端和后斜杆尾端,后斜杆与前塔柱相交于塔头,锚固于边跨主梁间的横梁上,将塔头强大的拉索拉力转化为边跨主梁轴向压力。后斜杆穿过横梁后,向下延伸与两水平杆相交于后锚点。后斜杆产生的强大上拔力由两部分来平衡。恒载产生的上拔力通过边跨尾端主梁及横梁、部分后斜杆以及后锚点内的混凝土压重来平衡;活载及温度等其他荷载产生的上拔力通过设置预应力锚固的后锚点承台来平衡。斜拉索在塔上锚固于前塔柱塔头部分,梁上锚固于内外两侧腹板。

[attach]6199[/attach]图3 外滩大桥总体布置图

  上部结构设计

  ◆索塔设计
  主桥索塔采用三角形斜塔全钢结构,主塔位于两幅分离式主梁的中间位置。主塔结构由四部分组成:前塔柱、上塔头锚固区、后斜杆、水平杆。构造示意图如图4所示。索塔钢材除水平杆外的厚板均采用可焊接性能较好的S355N细晶粒钢。水平杆以及钢梁均采用Q345q-D钢材。
  前塔柱由分离的双肢塔柱组成,从中墩固结处竖直向上穿过中横梁后倾斜延伸,双肢相交于上塔头锚固区的底部。每肢塔柱采用全焊接箱形截面,单箱单室截面。主截面在边跨一侧与附加截面通过焊接形成凸形断面。前塔柱主截面箱宽3100~2057mm、高5300~4200mm。顶板厚50~70mm、底板厚40~60mm,腹板厚40~60mm。面板纵向加劲均采用Ⅰ字肋,横向设横隔板和环向加劲。为丰富塔柱造型效果,增设有附加箱,箱宽1100~800mm、高1500~500mm。

[attach]6200[/attach]图4 主塔构造示意图

  上塔头锚固区为前塔柱的延伸,为斜拉索的锚固区段,采用全焊接三箱四室截面。其中两侧钢箱在底端与前塔柱连接而形成连续传力体系。两侧边箱宽2057~1200mm,高4200~3844mm。顶板厚50~70mm,底板厚40~60mm,腹板厚40~60mm。中箱宽2600mm、高5200~4775mm。顶、底板厚度50~60mm,腹板厚40~60mm。钢箱内设置纵、横向加劲及横隔板。
  后斜杆上端与塔头锚固区相接,向下延伸交于主梁端横梁并与之形成整体。后斜杆为全焊接箱形截面,在与塔头锚固区连接的刚域区段内采用单箱双室截面,其余区段为单箱单室断面。后斜杆箱宽2500~1800mm、高5000~3500mm。顶板厚40~70mm,底板厚40mm,腹板厚40~50mm。钢箱内设置纵、横向加劲和横隔板。
  水平杆由分离的双肢组成,连接与中墩固结处的前塔柱,以及后斜杆延伸处的后锚点。单肢水平杆采用单箱单室截面,主截面在顶板上连接一附加箱室,形成凸形断面。水平杆主截面箱宽2500~1800mm、高3500~2400mm。顶底板、腹板厚均为14mm。钢箱内设置纵、横向加劲和横隔板。附加箱宽1100~800mm、高800mm。
  三角形索塔用钢量共计3008t,指标为209kg/m2。

[attach]6201[/attach]图5 主梁横断面布置

  ◆主梁设计
  主梁采用分离式扁平钢箱梁,通过横梁连为整体,梁高2.4m,单侧箱宽17.1m,计入人行道挑臂总宽21.4m。主梁中央分隔带采用三次抛物线形从塔梁固结处11.6m渐变到1.0m。横梁标准间距15m。江东侧主梁下悬挑曲线人行桥。主梁横断面布置如图5所示。
  顶板根据受力需要采用14~25mm厚的钢板。顶板采用8mm厚的U形加劲肋。底板采用12~25mm厚钢板。底板采用6mm厚U形加劲肋。腹板厚度20~30mm。钢箱梁内设置一道纵隔腹板。
  上下行分离式箱梁之间设置箱形横梁连接,横梁标准间距15m,标准截面高2.4m,腹板中心距宽2~2.5m。横梁顶、底板厚度与对应的主梁节段顶底板厚度一致。
  钢箱内横梁处对应设横隔板,标准节段两横梁间横隔板间距3.25m。
  斜拉索拉力通过侧锚箱的锚固板传递给主梁腹板,锚固采用锚箱式构造,锚箱与主梁腹板焊接。内侧锚箱位于横梁内,外侧锚箱位于风嘴内,锚固于外腹板。除了边跨外挂索为梁上张拉外,其余拉索梁上为固定端。
  ◆人行道、人行桥设计
  外滩大桥人行系统包括人行道和人行桥两部分。人行道标准宽度4m,主桥全桥范围内布置。人行桥标准宽度3m。从主梁下缘或外侧悬挑出来至大桥东岸一直延伸到主跨桥面。桥面纵坡5.85%,间隔7.5m设置一个宽1.5m平台,平台间坡度7.31%。人行道、桥均采用悬臂工字形钢梁,顺桥轴方向采用箱形纵梁连接各悬臂。上翼缘叠放工字形小纵梁,在小纵梁上翼缘铺设铝合金桥面。人行道与人行桥的平面曲线通过调整小纵梁与挑臂的夹角实现。
  钢梁以及人行道、人行桥用钢量共计7606t,指标为527kg/m2。
  ◆拉索设计
  全桥共64根斜拉索,梁上标准索距为15m,为空间四索面。根据拉索锚固的位置,分为内侧索和外侧索。根据索力的不同,拉索采用PES7-73~283共计8种规格。索塔、索梁锚固系统除了0#索以及边跨外侧1~4#索塔上锚固采用外挂耳板外,均采用钢锚箱锚固形式。锚具采用冷铸锚。斜拉索采用高强度镀锌平行钢丝索股,钢丝强度1670MPa。

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