漫谈大跨度桥梁结构的主动设计.doc

1、漫谈大跨度桥梁结构的主动设计摘要：大跨度桥梁在我们的生活中层出不穷，通过对大跨度桥梁发展趋势的解读，不难看出世界桥梁建设必将迎来更大规模的建设高潮。大跨度桥梁往往处于公路交通运输的枢纽和咽喉地段，为道路生命线工程的重要组成部分，在人们日常生活中发挥着重要的作用。本文就大跨度桥梁结构的主动设计进行分析，提出自己的心得。 关键词：大跨度桥梁，枢纽和咽喉，主动设计，分析 中图分类号： K928 文献标识码： A 引言:随着经济技术的不断发展，大跨度桥梁在我们的生活中层出不穷,且多处于公路交通运输的枢纽和咽喉地段，为道路生命线工程的重要组成部分。大跨度桥梁的设计及发展迅 猛，在形式上可以分为斜拉桥、拱

2、桥、悬索桥及悬臂桁架桥等，同时还包括一些新型结构桥梁。本文提出桥架结构主动设计概念，并结合实例漫谈大跨度桥梁结构的主动设计。 1、主动设计 世界桥梁发展历史悠久，目前世界桥梁正向着桥梁跨度不断增大、桥型不断丰富、结构不断轻型化的方向飞速发展，发展趋势预示着世界将迎来大跨度桥梁的时代。桥梁结构大体分为设计混凝土结构和钢结构，前者由于自身重量等原因限制了桥梁结构跨度的发展，而后者由于建设期投资大以及后期维护成本高等因素，在一般性跨度的桥梁设计中得不到发挥。但换个角度如果我们可以将两者的优点相互结合，取之精华，舍其糟粕，充分发挥各自潜力，则可以大大提高桥梁结构效率。在重庆菜园坝长江大桥和重庆石板坡长

3、江大桥复线桥设计中，采用了“组合设计”理念，同时为了便于施工过程控制以及后期变形控制，采用了“主动设计”理念。因此两座桥的设计理念为“组合设计”和“主动设计” 。组合设计：以结构体系组合、材料组合达到结构的高效率和提高材料使用效率，从而使得结构合理、造价经济。主动设计：在设计中通过结构自身的设计，完成结构本身的内力及线性的调整。在施工过程中，桥梁结构内力和线性都能够得到控制，在成桥时桥梁结构达到理想的受力状态和理想的线性，调整后期变形。 2、重庆“姊妹桥”工程概况 重庆菜园坝长江大桥工程正桥全长 1866.5 米，其中：主桥长 800 米，北引桥长 886.5 米，南引桥长 180 米。主桥为

4、特大型公轨两用无推力式钢箱系杆拱桥，由 420m 中跨和两侧对称布置的 102m88m 边跨组成。主桥设六线行车道、双线城市轻轨加双侧人行道。六车道及双侧人行道设在桥面上，双线轻轨设在主桥析梁下横梁上，构成双层特大公轨两用桥。重庆石板坡长江大桥复线桥，全长 1103.5 米，宽 19 米，为单向四车道，设计日通行能力 8 万辆。采用长联大跨径混凝土刚构连续组合梁桥，5、7 号墩为双薄壁桥墩，14 号墩采用空心薄壁单墩。0 号和 8 号桥台设置滑动支座，1 号和 2 号墩顶设置滑动支座，其余桥墩均为墩梁固结。主跨 330m 跨中 108m 采用钢结构，其余均采用预应力混凝土结构。 菜园坝长江大桥

5、主动设计分析 菜园坝长江大桥采用预应力混凝土 Y 形刚构与提篮钢箱系杆拱组合的体系组合设计，为特大公轨两用无推力式钢箱中承系杆拱桥，也是典型的混合是桥梁，其两侧预应力混凝土刚构和中部的 320m 的钢箱提篮拱。3 个相对分离的子结构通过中跨拱肋系杆索及边跨刚构系杆索连接成420m 的系杆拱。预应力混凝土 Y 形刚构主动设计：主要由边跨系杆、边墩、墩顶竖向拉杆、千斤顶等构成。主动设计主要功能就是主动控制施工各工况构件协调，控制刚构、主墩内力和位移。在施工过程中，多次调节系统以满足结构内力需要。 主动设计工作原理：大桥内部受力复杂，需要多个力相互作用，才能达到力的平衡，菜园坝长江大桥水平系杆调整悬

6、臂内力，竖向拉杆调整主墩内力，自重作用下可调整其余受力使边墩内力矩理论为“零” ，同时通过系杆张拉或千斤顶顶升，可调控前悬臂的位移，为菜园坝大桥主拱准确合龙提供手段。边跨系杆索、边墩竖向拉杆以及后悬臂预应力混凝土构件组成析架节点，在此节点处受力特点为构件只产生拉压力，通过测试任意一个力的大小，都可以通过几何关系计算出另外两个力，同样可以通过控制其中一个力的大小，达到控制另外两个力的目的。 菜园坝长江大桥的施工过程涉及领域广、结构复杂，在施工过程中体系多次转换，大桥在施工期间所形成带双悬臂的 Y 形预应力混凝土空间刚构体系；由 Y 形预应力混凝土空间刚构与边墩、交界墩、边跨系杆及边跨钢析梁组成的

7、大桥边孔体系；由大桥边孔体系与临时扣索塔架、临时扣锚索及悬臂钢箱拱所形成的拱肋悬拼体系；由大桥边孔体系与临时扣索塔架、临时扣锚索、钢箱拱及吊杆、中跨悬臂钢析梁所形成的中跨钢析梁悬拼体系；由大桥边孔体系与钢箱拱、吊杆、中跨钢析梁及中跨系杆所形成的成桥体系。 在大跨度桥梁中，刚构为主受力构件，结合主动设计理念，及施工阶段的结构受力，为了使整个结构内力始终确保在设计范围内调整，主动控制体系作了如下调整：后悬臂与边墩顶合拢，张拉边跨系杆到 16 368kN，使前后悬臂托架，形成刚构体系；边跨析梁就位，张拉边跨系杆32 036kN，边跨析梁形成；主拱安装合龙，中跨主梁安装 10 号段，第三次张拉边跨系杆

8、到 42 894kN，第一次张拉中跨系杆到 21 820kN；在全桥桥面铺装施工前，进行第四次张拉边跨系杆到 52 016kN，第二次张拉中跨系杆到 31 331kN，全桥结构体系形成。 主动控制体系使大桥主要构件的内力均可按设计要求调整，同时中跨系杆、边跨系杆、墩顶竖向拉杆均为永久构件，在设计上均可检查、可更换。为了避免系杆张拉给边墩带来的弯矩，在千斤顶面采用水平滑动，大桥体系形成后，再浇筑混凝土将千斤顶封闭。 4、石板坡长江大桥复线桥主动设计 石板坡长江大桥复线桥在结构选择过程中打破常规的单一结构法，采用钢与混凝土组合的结构方式，并采用主动设计理念来改善大桥在建设中连续刚构中跨下挠的问题。

9、石板坡长江大桥主跨 330m 体外预应力索，体外索线形设计以后期下挠曲线为基本参照准绳并结合活载下正弯矩图形一并考虑，同时考虑要部分具备调节主跨控制区域应力的作用。钢箱梁体系转换后，安装全桥 16 束体外索。 主动设计工作原理：石板坡长江大桥为了达到内部受力平衡，在桥体的结构方面也采用了相当有效的设计理念，通过张拉大桥两端的体外预应力索，在靠近跨中附近由转向块提供向上的力，使整个梁在转向块之间产生了向上的竖向力，从而使结构向上变形，同时体外索也向梁体提供了轴向力，以此使大桥出去稳定的受力状态。 5、结束语 本文结合重庆“姊妹桥”工程的设计及施工，通过实例分析总结了主动设计在大跨度桥梁中的优势。

10、对于结构内力状态复杂，施工难度大，施工工艺决定其内力状态的桥梁结构，能有效地调节结构内力和线形状态，提高结构效率，降低施工风险；能有效地减少大跨度桥梁的后期病害，保证营运阶段结构始终处于良好的受力状态以及后期变形的可控性；优化结构自身，提高材料使用效率，提高主体结构跨越能力。在桥梁结构上采用主动设计理念的同时，可以推广到索结构都能采用主动设计理念，采用主动设计理念能充分提高设计水平以及桥梁实施过程的可控性，降低施工风险。 参考文献： 1邓文中.重庆几座桥的设计理念C.第十七届全国桥梁学术会议论文集，2006：3. 2刘安双，任国雷，马振栋.重庆莱园坝长江大桥主拱钢一混凝土接头设计J.世界桥梁，2006(4). 3刘安双，刘雪山，刘国祥.重庆菜园坝长江大桥结构细节设计J.公路，2007(4). 4刘安双，刘雪山，代形.重庆石板坡长江大桥复线桥钢-混凝土接头设计J.桥梁建设，2007(2). 5马振栋，刘雪山，刘安双.重庆石板坡长江大桥复线桥主跨体外索的应用J.桥梁建设，2007(4).