特大跨徑鋼桁架拱橋設(shè)計技術(shù)

前言

　　重慶朝天門長江大橋通車一年之際，作為大橋的設(shè)計總負(fù)責(zé)人對該橋十幾年建設(shè)的工作情景還歷歷在目。記得1998年朝天門長江大橋與渝澳大橋一起立項，并開展前期研究工作，形成了兩座大橋的工程可行性研究報告，但由于建設(shè)資金緊張，朝天門長江大橋遲遲未能開工建設(shè)，這一延后就是6年。這期間重慶各方面得到迅猛發(fā)展，朝天門長江大橋原來的橋型方案以及設(shè)計理念都無法滿足社會發(fā)展的需要。大橋現(xiàn)已地處中央商務(wù)區(qū)，成為連接江北和南岸交通主要干道，重慶市環(huán)形軌道交通也需要通過大橋。因此，大橋既有滿足公軌兩用交通功能要求，又要反映重慶重工業(yè)城市的歷史風(fēng)貌，同時體現(xiàn)年輕直轄市活力的標(biāo)志性建筑景觀要求。設(shè)計者不得不重新思考設(shè)計理念，最終提出了多肋飛燕式鋼桁拱橋方案。該方案體現(xiàn)了古典與現(xiàn)代建橋技術(shù)的完美結(jié)合，2004年第一次亮相在專家評審會上就得到了一致認(rèn)可，并成為設(shè)計招標(biāo)的唯一橋型?！　?009年4月29日，重慶朝天門長江大橋正式建成通車，以主跨552m而居同類橋梁世界第一。在通車現(xiàn)場，很多前來參觀的市民看著大橋優(yōu)美的身姿，不禁驚嘆：“它就像一道亮麗的彩虹”，并認(rèn)為是“全市最漂亮的大橋”。大橋的落成和通車也標(biāo)志著我國橋梁建設(shè)水平和科技實力又有了新的飛躍。朝天門長江大橋的成功建成，耗費了所有參建人員的大量心血。曾記得，中國工程院鄭皆連院士等國內(nèi)一大批技術(shù)專家來渝參與橋梁設(shè)計方案的論證并對該橋的橋型作出肯定，對施工方案也提出了“先拱后梁”的意見，為大橋的成功建成奠定了堅實基礎(chǔ)；招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司張力董事長、韓道均院長為大橋方案的確定提供了許多想法和建議；設(shè)計總負(fù)責(zé)人在手術(shù)后3天就組織設(shè)計組的同事研究橋梁體系、支撐方式并編制投標(biāo)文件；設(shè)計組、研究組、景觀組的各位同仁為了大橋的結(jié)構(gòu)體系、節(jié)點構(gòu)造、施工工藝以及橋梁景觀等的設(shè)計熬過了多少個日日夜夜，其情景歷歷在目。正是由于大家的努力，這一創(chuàng)新設(shè)計才得以完成。

內(nèi)容概要

　　《特大跨徑鋼桁架拱橋設(shè)計技術(shù)》主要針對鋼桁架中承式拱橋這一復(fù)雜結(jié)構(gòu)，結(jié)合主跨552m的特大跨徑拱橋——重慶朝天門長江大橋的前期研究、初步設(shè)計和施工圖設(shè)計以及大橋設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究的成果，對鋼桁架中承式拱橋設(shè)計中工程技術(shù)人員普遍關(guān)心的問題以及經(jīng)。驗和成果進行介紹。內(nèi)容包括：鋼桁架中承式拱橋及其設(shè)計概況、朝天門長江大橋設(shè)計理念、橋型設(shè)計構(gòu)思，跨徑布置選擇、橋梁材料選取、結(jié)構(gòu)支撐體系選擇和主孔橋西桁式及主桁節(jié)點的思路和依據(jù)結(jié)構(gòu)分析中橋梁的計算原則與方法、詳細(xì)的計算模型和各種工況下的計算成果；精細(xì)化設(shè)計中關(guān)鍵節(jié)點細(xì)部分析用梁元模擬節(jié)點中的高強螺栓，為優(yōu)化節(jié)點提供使用的力法：建立主橋施工中關(guān)鍵階段效的預(yù)判機制，分析主橋能容許的最大誤差及控制描施，使結(jié)構(gòu)應(yīng)力在運營階段處于控范圍；鋼桁架橋次應(yīng)力的分析和采取的處理措施等?！　　短卮罂鐝戒撹旒芄皹蛟O(shè)計技術(shù)》可供從事公路交通、市政交通的工程技術(shù)人員設(shè)計、研究和施工州參考，也可供高等院土木工程專業(yè)的在校學(xué)生習(xí)與參考。

作者簡介

　　王福敏，漢族，1962年生，四川人，中共黨員，研究員。現(xiàn)任招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司副院長、總工程師?！　?984年畢業(yè)于重慶交通學(xué)院橋梁專業(yè)，2000年9月獲得東南大學(xué)工程碩士學(xué)位。2003年全國交通青年科技英才，2004年國務(wù)院政府特殊津貼專家，2008年第二屆重慶市學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人：中國公路學(xué)會橋梁與結(jié)構(gòu)學(xué)會理事，中國土木學(xué)會橋梁與結(jié)構(gòu)學(xué)會理事，全國建筑物鑒定與加固標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會重慶分會委員：重慶交通大學(xué)兼職教授、碩士生導(dǎo)師。先后主持省、部級重大科研項目10項；獲得各級科技（進步）獎勵5項，其中特等獎1項、一等獎l項、二等獎1項、三等獎2項；主持省、部級頒布的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范3部，參與2部；主持了重慶嘉陵江渝澳大橋、重慶朝天門長江大橋等多座特大型橋梁的設(shè)計，分別獲得部省級優(yōu)秀設(shè)計等獎2項、三等獎1項：優(yōu)秀咨詢一等獎1項、二等獎l項、三等獎l項；在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇、《曲線梁橋傳遞矩陣設(shè)計法與工程應(yīng)用實踐》專著1部。

書籍目錄

第1章 概述1.1 國內(nèi)建設(shè)概況1.2 國外建設(shè)概況1.3 鋼桁架拱橋的結(jié)構(gòu)形式和受力特點1.4 鋼桁架拱橋設(shè)計方法和思路第2章 世界第一拱——朝天門長江大橋2.1 工程概況2.2 建設(shè)條件2.3 設(shè)計要求第3章 總體設(shè)計3.1 設(shè)計理念與設(shè)計原則3.2 主體工程設(shè)計特點及創(chuàng)新構(gòu)思3.3 橋位選擇3.4 橋型選擇3.5 路線平縱設(shè)計3.6 設(shè)計荷載與計算原則3.7 主要材料第4章 主橋結(jié)構(gòu)體系研究與景觀設(shè)計4.1 主結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)問題與相應(yīng)對策4.2 結(jié)構(gòu)體系研究4.3 景觀設(shè)計第5章 主橋上部構(gòu)造設(shè)計5.1 總體布置及主要結(jié)構(gòu)特點5.2 主桁桿件設(shè)計5.3 鋼梁制造設(shè)計5.4 鋼梁安裝設(shè)計5.5 結(jié)構(gòu)計算總體思路5.6 總體控制計算結(jié)果第6章 主橋下部構(gòu)造設(shè)計6.1 主橋墩及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)構(gòu)造6.2 主橋墩位地質(zhì)6.3 主橋墩結(jié)構(gòu)分析6.4 橋頭堡計算6.5 承臺基樁計算第7章 引橋結(jié)構(gòu)設(shè)計7.1 引橋方案比選7.2 引橋構(gòu)造設(shè)計7.3 引橋結(jié)構(gòu)分析7.4 引橋施工第8章 桁架拱節(jié)點精細(xì)化設(shè)計8.1 節(jié)點精細(xì)化分析的基本原理8.2 朝天門長江大橋節(jié)點分類8.3 朝天門長江大橋關(guān)鍵節(jié)點應(yīng)力分析8.4 關(guān)鍵節(jié)點精細(xì)化設(shè)計結(jié)論第9章 施工過程關(guān)鍵工況及預(yù)控計算9.1 朝天門長江大橋施工過程步驟9.2 關(guān)鍵工況確定及計算9.3 關(guān)鍵工序誤差預(yù)控分析9.4 預(yù)控計算結(jié)論第10章 施工過程應(yīng)力分析10.1 主拱桿件容許應(yīng)力10.2 施工工況及施工載荷10.3 主要工況應(yīng)力計算10.4 分析與結(jié)論第11章 大跨徑鋼桁架拱橋設(shè)計總結(jié)與思考11.1 關(guān)于規(guī)范的適應(yīng)性思考11.2 有效提高桿件承載能力方法的思考11.3 溫度對鋼桁梁應(yīng)力影響的思考11.4 剛性節(jié)點對次應(yīng)力影響的思考參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　20世紀(jì)80年代國內(nèi)開展了桁架整體節(jié)點構(gòu)造的研究，并在孫口黃河鐵路橋上首次成功使用。隨后，國內(nèi)許多桁架橋都陸續(xù)采用了整體節(jié)點的構(gòu)造技術(shù)。其特點主要有：節(jié)點板與其相鄰的弦桿豎板在工廠焊接形成整體，相鄰弦桿在工地用高強度螺栓在節(jié)點范圍外拼接，桁架的斜桿、豎桿在節(jié)點范圍內(nèi)拼接。這可以減少工地的預(yù)拼工作量，弦桿間采用全斷面拼接可以減少高強度螺栓的用量，弦桿的整體密封性好對后期防腐有利。但該構(gòu)造具有工廠的焊接工作量大，制孔工件大，加工成本有所增加，厚板節(jié)點板在焊接時產(chǎn)生的不可矯正的殘余變形使插入式斜桿、豎桿現(xiàn)場拼裝時高強度螺栓夾緊困難的缺點。鋼桁拱橋在外觀輪廓上與普通的桁架梁橋不同，但結(jié)構(gòu)的受力和構(gòu)造原理相同，因而整體節(jié)點構(gòu)造和桁架梁傳統(tǒng)的拆裝式節(jié)點構(gòu)造都能使用。但由于桁架拱橋的特點使大量相鄰弦桿間存在轉(zhuǎn)折。準(zhǔn)確的彎折角度是保證桿件的實際內(nèi)力與設(shè)計內(nèi)力相吻合及成橋線形的關(guān)鍵制造工藝之一，制造時必須增加工裝設(shè)備進行定位和控制焊接變形，加大了制造難度和成本。因此就經(jīng)濟而言，鋼桁拱橋不宜采用整體節(jié)點構(gòu)造。宜萬鐵路萬州長江大橋、重慶朝天門長江大橋等鋼桁拱橋均為拆裝式節(jié)點構(gòu)造，現(xiàn)場高強度螺栓連接。1.4.5 桁拱的安裝　　鋼桁拱橋的現(xiàn)場安裝方法有：滿布臨時支架、浮運架設(shè)、單向懸臂拼裝、從兩岸的端部分別向主跨跨中單向懸臂拼裝跨中合龍和從中支點向兩側(cè)對稱懸拼跨中合龍等?！　「∵\架設(shè)在工程中很少用于桁架拱橋施工。主要是由于龐大的結(jié)構(gòu)外輪廓尺寸，在運輸過程中產(chǎn)生意外的風(fēng)險非常大?！　蜗驊移词切藿ㄤ撹旃皹虮容^常用的方法。該方法由于結(jié)構(gòu)在安裝過程中與成橋后受力不一致，為滿足安裝過程的受力需要修建較多的臨時墩?！　M布臨時支架對于桁架拱橋主跨跨度相對較小的，且位于水深較淺航運要求不高或陸地上的旱橋可以考慮?！　膬砂斗謩e向主跨跨中單向懸拼跨中合龍的方法，對于僅主跨為大跨桁拱結(jié)構(gòu)，而邊跨為跨度相對較小的桁梁結(jié)構(gòu)的連續(xù)橋而言應(yīng)是比較適宜的安裝方法。該方法邊跨安裝時的臨時支架受力明確，設(shè)計和施工都較容易，施工措施費用的增加相對也很有限。宜萬鐵路萬州長江大橋和重慶朝天門長江大橋（圖1.4 ）都是采用此方法安裝的。

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