江阴长江大桥 国内外桥发展 桥未来发展.doc

1、江阴长江公路大桥随着我国经济发展，材料、机械、设备工业相应发展，这为我国修建大跨径斜拉桥和悬索桥提供了有力保障。再加上广大桥梁建设者的精心设计和施工，使我国建桥水平已跃身于世界先进行列。但我们要不断总结经验，体现中国人的建桥水平，保证高标准、高质量建桥。悬索桥又称吊桥，是一种古老的桥型。很早以前人们就利用藤条和竹子等材料来建造悬索桥。在中国古代就已经有用铁链做悬索桥主缆的实例。现代悬索桥通常由桥塔、锚碇、主缆、吊索、加劲梁及鞍座等部分组成。一概述夜景图片江阴长江公路大桥，位于江苏省江阴市黄田港以东3200米的西山，主跨1385米（328+1385+295），桥塔 江阴长江公路大桥高190米，为

2、两根钢筋混凝土空心塔柱与三道横梁组成的门式框架结构，重力式锚碇，主梁采用流线型箱梁断面，钢箱梁全宽36.9米，梁高3米，桥面宽29.5米双向六车道，两侧各设宽1.8米的风嘴，1999年建成。二主要信息 江阴长江公路大桥，悬索桥结构。主跨1385m。门式钢筋混凝土塔柱，柱高193m，中设横梁三道。为目前世界第6、中国第3大桥。94年开工建设，99年10月建成通车。 江阴长江公路大桥是中国首座跨径超千米的特大型钢箱梁悬索桥梁，是国家公路主骨架中同江至三亚国道主干线以及北京至上海国道主干线的跨江“咽喉”工程，是江苏省境内跨越长江南北的第二座大桥。大桥外部结构江阴长江公路大桥位于靖江市十圩村与江阴市间

3、，大桥全线建设总里程为5.176公里，总投资36.25亿元。大桥全长3071米，索塔高197m，两根主缆直径为0.870m，桥面按六车道高速公路标准设计，宽33.8米，设计行车速度为100公里/小时；桥下通航净高为50米，可满足5万吨级轮船通航。大桥于1994年11月22日开工，1999年9月28日竣工通车。江泽民同志为大桥题名，并为大桥开通剪彩。 江阴大桥通过广靖高速和锡澄高速南连沪宁高速公路，北接宁通高速公路。2002年，江阴靖江间开通城际公交，两地居民交往日益密切。1996年初完工的江阴长江公路大桥北锚旋大型深沉井重达7.6万吨，高达58米，平面面积足有九个半篮球场大，可承受主缆拉力6.

4、4万吨，为“世界第一大沉井”。1998年4月21日。中共中央总书记。国家主席江泽民首次亲临。江阴长江公路大桥建设工地视察，并题写了“江阴长江公路大桥”桥名。1998 年7月16日，气贯长虹的“国内第一缆索”江阴大桥主缆开始架设，主缆直径达866厘米，由2.2万根直径535毫米的镀锌高强度平行钢丝组成，总重量达1.7万吨。主缆钢丝累计长度达10万公里，可绕地球两圈半。1999年2月展开的大桥照明工程，采用国际先进灯具，实施最佳照明组合方案，将创造出与国外大型桥梁媲美的一流照明美化效果。1993年7月，靖江市八圩镇十圩村党支部书记冯自刚率先拆了自家新楼，成为大桥建设史上的第一个拆迁户。江阴长江公路

5、大桥收费站设在大桥北岸，共有32个收费口。江阴长江大桥北接线广靖高速公路为苏北第一条六车道高速公路。江阴长江公路大桥，是国家“九五”期间重点建设项目，是国家”两纵两横”公路主骨架中同江至三亚国道主干线及北京至上海国道主干线的跨江“咽喉”工程。桥梁全长3071m，主跨1385m，为一跨过江钢悬索桥，是我国第一座跨径超越千米的特大型钢箱梁悬索桥，当时，在已建桥梁中位列中国第一、世界第四。大桥按六车道高速公路标准设计，设计行车速度为100km/h，桥面宽33.8m，桥下通航净高50m，可通航五万吨级巴拿马散装货船。该工程于 1994年11月22日正式开工建设，1999年9月28日胜利建成并正式通车。

6、工程决算27.2996亿元，比概算33.74亿元节省了6.4404亿元，工期提前55天，使大桥自身可提前收益2600万元。“江阴大桥是中国第一座跨度超千米的特大桥，设计合理，管理科学，工程质量优良，代表中国20世纪90年代造桥最高水平，将作为本世纪我国桥梁工程建设新的里程碑，跻身世界桥梁前列”。三设计条件长江江阴河段河道稳定、微弯，在江阴市的西山突出江中，江面最窄处约1,400m，基岩裸露，系石英砂岩和含粉砂泥质岩组成，岩体呈背斜构造，岩层向江中倾斜。西山桥位靠近南岸侧为深泓区，水深达55到60m，江中心亦在30m左右，只靠近左岸约200m范围才是10m以内的浅滩区。桥位区在地质上无大的断裂带

7、和活动断裂带，属6度地震区。根据交通量分析与预测，15年后交通量将达到75,000辆/d，设计高速公路为23m车道，设计车速100km/h。车辆荷载为汽车-超20级，挂车-300(考虑该桥位于港口附近，集装箱运输车辆较多)，车道折减和长度折减，偏载增大等折减为40.0KN/m，同时在车行道利用风嘴两侧设有检修道，人群荷载为3.15kN/m。设计风速为40.8m/s。四桥跨布置在桥型方案设计竞选中，考虑到桥塔的稳定、对航运的影响、施工难度和节约投资等，最后选择了主桥的桥跨布置为(336.5+1385+309.34)m。全桥长3,071m；主跨是单跨简支钢悬索桥，而两个边跨主缆为直拉式。边跨均采用

8、预应力混凝土连续梁。南边跨考虑避让保护文物-江阴要塞古炮台，采用260m+40m三跨连续梁。北锚碇离长江大堤净距达200m以上，保证施工中大堤稳定。北边跨为50m+70m+50m+350m二联连续梁，边跨的梁高和主跨相同。北引桥采用50m和30m的预应力简支T梁，纵坡为3%，坡长达1,500m。五下部结构南塔基础采用直径30m，长35m的嵌岩钻孔灌注桩，在桩顶浇筑承台。桩基和承台共用混凝土1.15万m3。 南锚碇位于山体上，由于岩性节理发育，采用重力式嵌岩锚。在碇体的前沿做成带齿坎的斜面，增加抗滑力。北塔处覆盖层厚度达80m，由固结度较差的饱和松软土层随深度加深，逐渐由松软的亚粘土和粉砂土变为

9、紧密含砾石中粗砂。采用直径2.0m的96根灌注桩组成的群桩基础，平均桩长85m。为减少承台平面尺寸，桩距采用规范规定的最小值，桩的倾斜度限制在1/200。对于难度这样大的群桩基础施工，我们利用引桥桩基先行进行了工艺试验，并做了2根试桩确定单桩承载力，使原设计的北塔123根桩减为96根，节省投资，加快了进度。承台和桩基的混凝土用量达5万m3。 北锚处覆盖层厚达100m，在地面以下40m范围内主要是松散的细砂土和亚粘土逐步到紧密细砂层，地下40-50m为硬粘土层，以下为紧密含砾石中粗砂。该北锚结构是大桥的关键部位之一，设计中采用浅埋、中埋扩大基础、群桩基础、地下连续墙多方案比较，最后选用尺寸为51

10、mx69m的沉井基础，沉井内分36个隔仓，沉井高度58m，共分11节，最下面的一节高8m，采用带有尖角刃脚的钢壳混凝土，以上10节均为高5m的钢筋混凝土结构。沉井下沉高程为-55.6m，顶部高程为2.4m。为了保证锚体的平衡，在沉井下沉到位后封底，在沉井前面(靠北塔侧)三排的18个仓中注水，第四排和第五排及第六排中间2个共14个仓中填砂，第六排其余4个仓填充片石并注浆。北锚碇要承受2根主缆传来的640MN的拉力传递给沉井和基础，是一个以承受水平力为主的结构。沉井在整个施工和营运期受力不断变化。在这些荷载作用下沉井地基受到不均匀压力并产生沉降。故在主缆架设以前，为减少沉井向后倾，在锚碇后缘5m的

11、混凝土压块暂不浇筑，待加劲梁架设以后再浇筑这锚块。设计允许锚块可以向前水平位移100mm，通车至今实际水平位移不到25mm。南北塔相同，为双柱加三道横梁的门式框架钢筋混凝土结构，主要承受由索鞍传来的竖向荷载以及横向的风载、地震作用。塔柱为双室箱式结构，两室分别安装检修电梯和检修人梯。横梁也为双室箱式预应力混凝土结构，横梁高11m，下横梁上支承主梁和边跨的混凝土箱梁。塔身采用爬模施工，北塔每次爬升6m(南塔爬升4.5m)。为便于钢筋绑扎、立模和测量控制，采用劲性骨架定位。在塔身浇筑高度超过横梁顶一定高度后，用直径为900mm钢管支模浇筑横梁，分两次浇筑两次张拉。南、北塔塔身及横梁各使用混凝土1.

12、93万立方米。六上部结构悬索桥的主缆是全桥最重要的承重构件，主缆的长度和线型对全桥的几何形状具有决定性影响。江阴大桥的主缆采用预制平行索股法(PPWS)编制而成。每根索股由127根直径5.35mm、强度1,600MPa的高强镀锌钢丝所组成，重50t。索股长度为2,180m，两端采用套筒式热注锚。锚杯用铸钢制成，内浇锌铜合金。索股在工厂内加工后，绕卷在卷轴上，运往工地。主跨的主缆由169根索股构成，共21,463根钢丝。边跨比主跨增加8根索股。主跨主缆直径达876mm，边跨主缆直径达897mm，江阴大桥的悬挂系统主要由安装在主缆上的索夹、吊索和安装在钢箱梁上的耳板组成。吊索间距为16m，吊索长度

13、大于10m的用直径5mm平行钢丝索股，而小于10m长的吊索用直径80mm的钢丝绳，其柔性较好，适用于刚度较大的短吊索。主缆钢丝在跨过塔顶和进入鞍部分散锚固时，对混凝土都会产生很大压力，故必须设置鞍座和散索鞍。在江阴大桥中，这些构件都采用铸焊组合件，每个鞍座包括底板重达172t，散索鞍为78t。主跨钢箱梁安装过程中，主跨主缆垂度在不断变化，使主塔两侧主缆的倾角也产生变化，水平力亦不相等。这一水平力差将对主塔根部产生很大的弯矩，故在主缆架设过程中，移动鞍座的位置调整主缆倾角，减少了主塔根部弯矩。作为桥面板的主梁采用扁平闭合流线型断面。主梁断面的选择是通过节段的风洞试验最后确定。梁高3m，梁的总宽3

14、6.9m。其中桥面宽29.5m，两侧风嘴各宽1.5m，风嘴外侧设人行道、栏杆和检修车轨道，每侧宽2.2m。全桥钢箱梁分成87节梁段，总重量18,000t。每一标准梁段长16m，跨中段长18.2m，两端梁段长9.33m。吊装节段长32m，即由两个标准段拼装后吊装。箱梁采用英国合金钢的正交异性结构。顶板厚12mm；底板厚10mm。箱内横隔板间距3.2m。加劲槽形肋用6mm厚的钢板轧制。减轻钢箱梁重量从而减少对主缆的拉力和对锚碇的负担。七钢箱梁的制作钢箱梁的制作是采用工厂预制顶底板与横隔板的加劲板单元和风嘴的角单元，然后水运到离桥位不足1km的拼装场胎架上组拼成箱梁节段，在这胎架上考虑了焊接变形和安

15、装的预拱度，这样保证了钢箱梁在高空焊接时吻合性好。钢箱梁的吊装是用液压式跨缆吊机，把驳船运来的钢箱梁节段从水面提升到设计高度，用吊索把它固定到位。对于靠岸的南北各三个节段，由于水浅不能直接起吊，采用摆宕方法吊装。钢箱梁内外都采用油漆喷涂，但因箱内密闭、不通风，故而设置了除湿系统，使空气湿度保持在40%以下，大大延缓了钢板锈蚀。八监控设施结构安全监测的主要内容：监测主跨桥型在纵向、横向和垂向的变化，监测钢箱梁截面的移动；监测锚室内主缆索股的拉力；监测跨中及1/4跨处的吊索拉力和监测主跨部分及悬吊体系的振动特征。另外，还定期测量南北锚碇和南北塔顶位移的情况。九结构安全 建设施工图监测系统由1台工作

16、站和8台远程外站通过以太光纤局域网络连接而成。工作站置于大桥的监控中心，提供系统与操作人员的界面，便于完成系统参数的操作，并对各站接收到的设计、处理和报警数据进行存储和显示。外站布置在桥上负责全部传感器和分系统的监测，并在数据传输到工作站之前处理所有收集到的有关数据。梁的外形和移动选用了光载波通信系统。主缆束股的拉力监测，选取每个锚室内的3根束股进行监测。吊索中的拉力监测，使用了荷载销，测出吊索拉力与理论值进行比较。以确定吊索是否有疲劳破坏的现象产生。振动特性是大桥的主跨和一侧边跨主缆进行监测，选用了高标准加速度仪，提供主梁、主缆和吊索的颤振振型与理论分析对比，对维护管理提供帮助。总之，通过这

17、些监测提供的数据，将对大桥安全制定出更有效的措施，也为今后大跨径悬索桥的设计和科研提供数据。江阴大桥还考虑了使用和整体的景观效果，在南岸的高地布置了监控、观光的综合楼和紧急疏散通道，北岸布置了大桥公园、管理中心、监控中心、收费站和展览厅。 江阴大桥是中国第一座超千米跨径的悬索桥，既集中了全国桥梁专家的智慧，也得到了国外专家的帮助。十桥面铺装在桥面上每增厚10mm的桥面铺装，桥面将增加10,000kN荷载，加大了对北锚碇的压力。江阴大桥采用了48mm厚的浇注式沥青混凝土 （沥青马蹄脂）作为铺装层，浇筑式沥青混凝土是一次摊辅，表面撒铺了包裹着沥青的粒径为14mm的石子，轻轻地碾压，以保证表面粗糙度

18、，在其下各层分别是作为防水层的沥青橡胶基层，由可溶性橡胶沥青组成的粘接底层和在钢板面上用环氧富锌漆涂装的防锈层。钢桥面的沥青混凝土铺装要解决高温稳定性，低温抗裂性，常温抗疲劳和各层粘接力问题。故通过大量试验选择材料、配比以满足各种性能和指标。十一荣誉该工程获得：英国建筑协会2000年度优质工程奖；2001年江苏省“扬子杯”优质工程奖；2001年江苏省科技进步奖一等奖；第十六届匹兹堡国际桥梁协会会议的尤金-费格金奖和2002年度鲁班奖。在悬索桥的四大构件系统：缆索、加劲梁、索塔和锚碇系统中，缆索系统包括作为主要承重构件的主缆以及主缆与其他构件相联系的吊索、索夹和鞍座是悬索桥最重要的，也是独具特色

19、的构件。它对全桥强度和刚度起决定性的作用，因此，国内外悬索桥都对缆索系统给予高度重视。实践是检验真理的唯一标准。通过施工实践，设计时所考虑的问题有的为实践所肯定，成为经验；有的则为实践所否定，而成为教训。无论是经验还是教训，对于后来都一样可贵。在这8 年多的时间里，悬索桥技术取得了突飞猛进的成就，国外建成了像明石大桥、大带东桥这样的超级悬索桥，国内的现代悬索桥也从无到有，建成多座各具特色的大桥。十二、主缆设计内容1主缆分跨经比较，江阴桥主缆采用单跨悬吊，边跨主缆采用不吊加劲梁的背缆形式。实践证明，这种形式在江阴桥的实际情况下，不仅经济、方便施工，还能增加桥梁的整体刚度，是合理的选择。江阴桥南锚

20、碇锚固于西山山体，因受西山地形制约，南边缆跨度取 309.36m，边缆倾角为27072。为使南、北主索鞍尺寸相同，便于制造，北边跨也采用相同的倾角，跨度取336.5m。而中缆塔顶倾角为2070l。如果不受地形限制，根据“主缆在塔顶两侧的夹角尽量相近”的原则来设计，南、北边跨的跨度应分别取439m和480m。两种边跨跨度的参数比较。可见：边跨跨度加大，一方面使边缆长度增加约32，活载产生的弹性伸长量增大；另一方面使边缆的垂度增大约89，这两者的增大最终都会导致桥塔的受力变坏，塔底弯矩增加约21，并使桥梁的整体刚度下降，塔顶水平位移增大约20；边跨跨度加大，虽然边缆的截面积减小了，但是，边缆的长度

21、却增长了，综合的结果，边缆的用钢量还是净增约24，计1472t。必须说明，江阴桥边跨钢丝用量的节省还得益于参考了博斯普鲁斯、青马等桥的经验，按照中缆和边缆不同缆力分别设计中缆和边缆截面积，边缆比中缆多的32根索股锚固在四只主索鞍鞍槽顶部特设的横梁上，将原来l6根长约2185m的长索改为32根约386m的短索。较之过去一般悬索桥所习用的全缆截面相同的做法，中跨主缆钢丝用量节省了507t。也就是说，江阴桥边跨钢丝用量节省的1472t 中，因边跨缩短节省965t；因采用边缆加股的做法节省507t。边缆跨度决定边缆倾角，边缆倾角对边缆缆力、桥梁的整体刚度和桥塔受力都有影响。尼尔斯J吉姆辛认为： “边跨

22、长度对塔顶水平位移有很重要的影响。”，“三跨结构中主跨的挠度将与边跨与主跨之比密切相关。”与边跨长度具有如此强烈的相依性可解择为：弹性应变和垂度变化这两者的作用都随缆索长度的增加而增加。”如果不考虑地形因素，对跨度 l000m，跨比l11 的桥梁，边缆倾角约30。左右，钢丝用量最省，37。左右对整体刚度贡献最大。实际上，因地形制约以及边缆与中缆缆力差限制，往往不可能达到这样大的倾角。因此，设计原则应在地形和缆力差允许的情况下，使倾角愈徒愈好，也就是应该尽量缩短边跨。江阴桥缩小边跨，又采用边缆加股的做法，应该是悬索桥技术的一项进步。但是，有些人却认为，加大边跨，使边缆与中缆倾角相同，取消边缆附加

23、索股，可简化主索鞍构造，其实这是因小失大的想法。有些专著的作者也以为“从总体受力角度要求边跨与主跨的主缆水平分力在塔顶处互相干衡，这要通过边跨与中跨的主缆在塔顶两侧的夹角尽量相近来保证。”因此，如果不受地形制约，边跨跨度就应该根据这个原则来确定。实际上，这种设计原则是值得商榷的。悬索桥的主缆由中缆和边缆组成。对于大多数悬索桥来说，不论单跨还是三跨，中跨的跨越能力都是倍受关注的。由于悬索桥的主要承重构件是主缆，因此，中跨的跨越能力是由中缆的强度和刚度来决定的。而中缆是由索塔和边缆所组成的结构来支承的，支承的刚度也就支配了中缆的刚度。在索塔和边缆所组成的支承结构中，边缆又起着主导作用，边缆的刚度直

24、接影响索塔的受力，也影响中缆的刚度，因此，边缆的设计至关重要，不可忽视。实际上，这和三跨连续梁的边跨对中跨的作用以及斜拉桥的背索和辅助墩对中跨的作用的道理是一样，都是以提高边跨对中跨的支承作用来加强中跨的刚度和跨越能力的。实践证明，有意识缩短悬索桥的边跨跨度可有效改善索塔受力，节省主缆钢丝用量，提高整桥刚度。如果，再配合使用增加边缆索股的做法来避免因边缆缆力增大带来中缆钢丝用量增加，则可进一步节省钢丝用量。2主缆垂跨比选用 主缆垂跨比是主缆线形设计中一项重要指标。它影响缆力，从而影响钢丝用量；影响水平拉力，从而影响锚碇。此外还影响桥梁的整体刚度、塔高和吊索长度。综合考虑这些因素，江阴桥采用的主

25、缆垂跨比为1：105。由于爬模技术的进步，无论是钢塔还是混凝土塔，增加塔高都不是难题，因此在满足桥梁的整体刚度的前提下，增大垂跨比有利于节省钢丝用量和减小锚碇尺寸。大跨悬索桥具有足够的重力刚度，可以采用较大的垂跨比。大带东桥跨度1624m，重力刚度大，大胆地采用19 垂跨比，取得很好的经济效益。江阴桥跨度较大带东桥小，加劲梁也较轻，重力刚度远不如大带东桥大。加之，我国现行桥规，对悬索桥刚度要求过于苛刻，即使采用1：105 的垂跨比，实际的挠度值已超出桥规的允许范围。 按桥规对悬索桥的规定：荷载在同一桥跨内移动所产生的正负挠度绝对值之和应不超过跨度的1：400。江阴桥在6 车道荷载作用下，正挠度

26、333m，负挠度185m，叠加为518m，仅为跨度的l267。如果只考虑单向挠度也只达跨度的1416。这里需要讨论的是现行桥规悬索桥挠度规定对特大跨度悬索桥的合理性。如能放宽，可使我国悬索桥设计更为经济、合理。3主缆索股锚头型式 江阴桥为配合螺杆式锚固系统，采用带锚板的主缆索股锚头。由于第一次设计这种形式的锚头，缺乏工程经验，为谨慎计，考虑到索股安装时锚板容易转动，便于孔眼与螺杆对准，将锚板与锚头分开。这样做还使得锚板与锚杯有可能采用不同的材料，锚杯使用铸钢，满足复杂的形状需要；锚板则使用锻钢，以满足复杂的受力要求。从索股安装实践看，前者的考虑似乎没有必要；而后者只要适当调整锚板尺寸，锚板与锚

27、杯使用同样的铸钢也有可能。如将锚板与锚杯做成一体，还可节省锚头长度，减轻重量，节省材料，并可避免锚板刮伤钢丝。丰都大桥与海沧大桥的实践都证明了这一点。尽管这两座桥索股都是91丝的，对127 丝的索股，做些改正也应该是可行的。 图l 带锚板主缆索股锚头 1-索股；2-锚板；3-锚杯4主缆安全系数取用 江阴桥主缆安全系数取2.5。悬索桥验算安全系数时，一般都是考虑各钢丝均匀受力的，并未考虑局部弯曲等因素所产生的“次应力”。如果认真分析一下主缆的次应力，其数值是相当可观的。粗看2.5 的安全系似有必要，再说主缆是悬索桥的主要受力构件，它在桥梁的整个使用期中是不能更换的永久性构性，需要确保万无一失。4

28、0年代以前建造的悬索桥主缆安全系数都大于2.5，至今日本所建造的悬索桥大多数也采用这个数值，这是问题的一个方面。然而另一方面，主缆安全系数又直接影响主缆的“效率系数。在影响主缆效率系数的钢丝强度、垂跨比以及安全系数三大要素中，钢丝强度的提高是需要付出代价的；垂跨比的增大有时受整桥刚度等制约；唯独安全系数的降低却是免费的，跨径愈大其效益越是可观。在当今11 座千米以上的悬索桥中，有6 座主缆安全系数小于2.3。英国自建造塞文桥以来，随后的博斯普鲁斯两座桥、享伯桥以及青马大桥的主缆安全系数始终保持在2.29。值得重视的是明石大桥，主缆安全系数为2.2，加之使用l800MPa的超强钢丝，使主缆效率系

29、数达到0.74，遥遥领先于其他大桥。更值得注意的是大带东桥，主缆的名义安全系数仅2.0，是目前各悬索桥中最低的。加之采用l9大垂跨比，尽管仍使用l570MPa强度的钢丝，主缆效率系数仍能达到080。这些大桥之所以敢于采用这样低的安全系数，是出于以下考虑：由于大跨悬索桥的恒载占85以上，恒载的计算是可以很准确的，而且在桥梁使用期中超载的可能性较小，没有必要与活载采用同样的安全系数。如果将恒、活载分别考虑，恒载超载系数取1.15，活载超载系数取3，再考虑1.4 的材料安全系数，综合的名义安全系数也只是2。实际上材料的安全系数1.4是不必要的，因为设计上所取的钢丝强度是实际钢丝强度的下降，实际钢丝强

30、度有变化幅度，其平均强度总是较下限大，安全度相当富裕。5主缆钢丝性能指标规定 江阴桥主缆钢丝性能指标需要反思的是强度、扭转和直线性指标。强度指标为适应国际招标要求，定为国际上通用的1 600l 800MPa。目前国内生产的缆用钢丝完全可以替代泊来品。按我国标准，1600MPa和l670MPa属于同一等级，价格相近，因此，如果改用1670MPa钢丝，可以不增加成本，而节省4.3的钢丝用量。江阴桥主缆钢丝的扭转指标的确定几经反复，在初步设计阶段和技术设计阶段，经征求国外专家的意见后，认为可以不提这个指标要求，到了施工图的审核阶段又增加了扭转指标，而为承包商制订的技术规范再栅去这项指标。其实缆用钢丝

31、并不存在扭转问题。至于扭转指标可以反映钢丝的延性和考核钢丝的品质的说法，有些道理但并不全面。因为，延性已有引伸率、反复弯曲等延性指标考核，只要满足钢丝的全部性能指标，已可适应主缆结构要求，而每增加一项指标都会提高生产成本。还值得指出的是，扭转指标与直线性要求是相互制约制。江阴桥主缆钢丝性能指标规定自由圈径为5m，实际索股制造和架设都要求再大些，如能达到在1m 长度内矢高3cm(自由圈径约8m)，对于编索中保持索股六角形以及防止架索时扭转都有好处。这样就需要在钢丝生产时进行稳定化处理，使钢丝的扭转性能变差，因此，钢丝的扭转指标与直线性要求不可兼得。权衡之下还是以确保后者，而放弃前者为有益。十三吊

32、索设计内容1.吊索的上下连接方案 江阴桥吊索的上下连接方案，经初步设计、扩大初步设计、技术设计和施工设计多次、多方案反复比较推敲，最后选用上下均为销接的方案。这种连接形式具有以下特点：可以使用耐久性、结构性好的平行钢丝索股；简化加劲梁的锚箱构造；方便吊索和加劲梁安装。悬索桥上部结构部件多是预制安装的，连接形式对安装有很大影响。实践表明，销接的连接安装非常方便，几分钟即可完成连接。为保证销接长期有效，销子需设置销套，销套材料要求摩阻小、耐久并有较高的承压强度。江阴桥销套最后采用铜与聚四氟乙稀复合材料，很好地满足了上述要求，甚为理想。2.长吊索索股形式 江阴桥吊索吸取明石大桥、大带东桥等经验，对大

33、于9m的长吊索，设计为平行钢丝索股的吊索。这种吊索经久耐用、弹性模量稳定、结构性能优良，是较为理想的吊索索股形式。索股钢丝考虑个别吊索更换时，便于采购少量原来规格的钢丝，因此选用市场上最通用的5钢丝。应该说，目前生产的镀锌钢丝更多是7的，采用7钢丝还可使索股更紧凑，缩小索径。但考虑到7钢丝索股采用热铸锚头，疲劳问题较难解决，因此，若采用7钢丝则锚头需改用冷铸锚。3.短吊索索股 对于长度小于9m的短吊索，为保证加劲梁横向移动时吊索的柔性，仍采用钢丝绳索股。为提高防护性能，保持两种吊索外观一致，钢丝绳索股与平行钢丝索股采用同样的护套和锚头。为减少钢丝绳受力后的扭转，实际制造时改用交互捻制的钢丝绳。

34、索股在恒载拉力下按测长下料，并在索股侧面画一条标志线，安装时将标志线扭直，以避免销子受扭。钢丝绳因钢丝较细，容易锈蚀，耐久性能不如平行钢丝索股，弹性模量既低又不稳定。加之，江阴桥在跨中处主缆重心至加劲梁重心的距离仅2.5m，扣除主缆和加劲梁高度之半以及耳板、锚头等长度后，最短的吊索，其钢丝绳索股净长仅0.63m。对于直径80mm的钢丝绳，尽管设有缓冲器装置，仍然很难保证防止横向弯折所需的柔度，因此短吊索是江阴桥缆索系统中比较薄弱的环节。好在吊索属可更换构件，短吊索更容易更换，万一需要更换，费时费料都不多。4.短吊索的改善 为克服短吊索存在的上述问题，在加工制造之前，设计方曾提出修改短吊索设计方

35、案，即将5m以内的短吊索改为双向铰接的刚性吊杆(如图)。这种吊杆可以适应加劲梁相对于主缆两个方向移动，耐久性能好，而且可以避免大直径钢丝绳热铸锚浇铸难于密实等问题，还可以提高吊杆的长度精度，因为制索精度变成了机械加工精度。可惜，综合考虑多种原因没有实现这一修改。从根本上改善短吊索所存问题的办法是设置中央刚性索扣，大带东桥以及日本的许多悬索桥都采用这一措施。刚性索扣将加劲梁与主缆联结在一起，取代了一部分最短的吊索，同时又减少了其他短吊索的纵向和横向弯折，使短吊索也可以使用平行钢丝索股。刚性索扣还能提高整桥的刚度，减少制动力引起加劲梁纵向移动量。我国以往设计的悬索桥都不曾采用这种构造，江阴桥也没有

36、来得及采用。今天反思这些问题，只能作为一则遗憾，留给后来设计者借鉴。5.吊索索长精度和调整 江阴桥缆索系统设计时进行了误差分析，从中确定吊索索长的精度要求，并采取措施进行误差反馈和索长调整，使前面工序所产生的误差在后继工序中消除，尽可能将施工所产生的误差消灭在施工过程中。具体地说，对于吊索索长，有两次反馈和调整：第一次是消除主缆架设误差，在主缆紧缆并安装索夹之后，吊索加工完成之前，将主缆架设误差反馈给吊索索长计算，使其在吊索加工中加以消除；第二次是消除索股制造误差，将其在索股制造的最后阶段进行调整和消除。第一次调整原设计是在空缆完成，索夹安装之后，测量空缆垂度及各索夹的位置坐标，推算出成桥的吊

37、索形状、长度和无应力长度。吊索索股可以提前加工，但只安装一端的锚头，另一端锚头待吊索长度得到调整后再安装。实际施工时，由于工期安排，这项调整没有进行。承包商认为有把握提高主缆的架设精度，来确保桥面线形准确。实际主缆架设之后，西缆偏低24mm，东缆偏低313mm，两根主缆垂度相对误差仅为289mm。第二次调整是解决吊索制造精度问题。根据误差分析，吊索精度要求较高，特别是同一节点的两根吊索，对于最短的吊索，索股有效长度仅630mm，如果一根为正误差，另一根为负误差，索长精度取1 mm，则后者应力达到667MPa 时，前者才开始受力。而吊索的允许应力为523MPa，实际上1mm的精度是很难做到的，仅

38、锚头安装误差一项就远远超过这一范围。为消除吊索制造误差，江阴大桥设计了可调节长度的锚头。将锚杯 可调式吊索锚头1销套；2销子；3挡板；4叉形耳板：5锚杯；6缓冲器；7索股与叉形耳板分开，用螺纹相连，上下锚头的螺纹旋向相反，实现了无级调长，调节范围为20mm。这种构造还避免了叉形耳板对灌锌的影响，并减少了叉形耳板间距，缩小了销子跨度。灌锚之后，将同一吊点的两根吊索串联，施加恒载索力，进行测长和调节。由于两根吊索在相同的温度环境、相同拉力、同一段钢尺下进行量测，避免了这些因素所产生的误差，剩下的只有读数和标记误差。这样可使同一吊点两根吊索的相对误差控制在1mm之内，保证了短吊索的结构安全。十四索夹

39、设计内容1.索夹材料选用 江阴桥索夹原设计采用EG270500铸钢，这种材料含碳量偏高，不易铸造和修补，低温冲击性能也稍差。施工时，索夹在英国铸造，改用A4铸钢，强度、含碳量和低温性能都有所改善。如采用国产材料，也应控制含碳量和低温冲击性能。2.销接式吊索索夹的安装 骑跨式吊索索夹是左右分开的，而销接式吊索为使索夹耳板居中，一般采用左右分开的形式。一般认为左右分开的索夹，比上下分开容易安装，这是因为不少悬索桥主缆在紧缆之后，多发生横向直径比竖向直径大的现象，左右分开的索夹安装时螺杆横向收紧，能适应这一情况。上下分开的索夹则相反。分析主缆呈横向扁圆的原因可能是由于主缆上层索股压到下层索股，在重力

40、的作用下钢丝向横向扩展。这一现象与调股时是否做到上下层索股问若即若离以及温度修正是否准确有关。江阴桥这个现象不突出，说明只要仔细调股，主缆的横向扁圆现象是可以减小的，上下分开的索夹安装并无困难。但是在鞍座两侧的索夹则属例外。由于主缆在鞍槽内受隔板影响，横向尺寸加大，出鞍槽后仍呈横向扁圆，因此，对这些索夹，宜采用左右分开为好。江阴桥原设计所有索夹均为上下分开，后来吸取国外一些悬索桥施工经验，将鞍座两侧固定缆套的索夹旋转90。安装，避免了不少施工麻烦。有一种意见认为，上下分开的索夹受力会受吊索索力影响，不如左右分开好。其实是一种误解。仔细分析即可明白：两种索夹受力并无多大区别。只是前者增加了耳板，

41、如果材料选用恰当，铸造并无多大困难。3.主缆空隙率及索夹间隙确定 根据国内外悬索桥资料。PPWS法架设的主缆，空隙率一般在17l9之间。江阴桥主缆空隙率在索夹范围内取l8，索夹以外为20。索夹内空隙率是指全部恒载作用后，索夹经过三7欠夹紧之后的空隙率，一般据此设计索夹内径。考虑到空隙率可能有变化，在两半索夹问常留有间隙，并将两半索夹交接处做成城垛状相互交错、搭接。江阴桥索夹间隙取30mm、凹凸搭接30mm，在理想状态下，允许空隙率在14.321.5之间变动。实际安装时两侧间隙可能不相等因此不可能用足这个范围。江阴桥由于主缆索股架设时采取重新整形并更换捆扎带等措施，使钢丝排列特别整齐、密实。新换

42、的捆扎带由于无需满足卷盘要求，可以减薄，加大间距，因此，使实际空隙率小于15，以致安装索夹时索夹边缘已相碰，螺杆尚未达到设计拉力，只得把索夹边缘重新刨切，将间隙加大至50mm。如此带来不少麻烦，应引为教训。十五建桥的难度 纵使国外已有建造悬索桥的成功范例，但由于江阴、靖江当地独特的地质、水文、气候条件，也不能完全照搬国外的经验。建桥过程中还是有不少技术上的难度，简述如下： 北锚沉井大桥的南北两个锚锭要一起“拉住”大桥主缆，主缆拉力为6.4万吨，而北锚锭处在冲积平原上，地下沉井平面尺寸为69米长、51米宽，面积足有10个篮球场大，下沉要穿过4层不同土质，稍有不慎很有可能造成歪斜、扭转等严重问题，

43、其下沉过程长达20个月。 主缆架设主缆是江阴大桥的主要承重构件，“吊”起总重达18000吨的钢桥面和5000吨沥青路面，还有行车活载，江阴大桥共两根主缆，共重8400吨，由169根索股组成，每股重50吨。主缆架设采用预制平行束股设法（PPWS），要把50吨重2200米长的一根根索股在空中进行架设，从牵引、张拉、成形到调索，每一个环节都有很多不可预见的技术难度，而且书夜高空作业，天气的影响很大，其架设难度在国内绝无仅有。 桥面铺设在钢箱梁桥面上铺设厚度为5厘米的沥青混凝土，由于钢箱梁导热性强，夏天温度很高，冬天很低，沥青的特性很难两面兼顾。而江阴的气温条件较西方国家差，幅值为15至70，在没有先

44、例可循的情况下，经一年多的研究与试验，终于找出能满足江阴大桥特定要求的方案，解决了这个世界难题。十六参考文献：1、尼尔斯J吉姆辛缆索承重桥梁一构思与设计一姚玲森，林长川译人民交通出版社。2、林长川大跨悬索桥主缆设计若于问题的探讨中国土木工程学会桥梁及结构工程。学会第十届年会论文集（1994) P253258。3、雷俊卿郑明珠 徐恭义编著 杨 进主审悬索桥设计人民交通出版社。十七纵向地震反应分析不同场地条件和不同基础形式导致大桥抗震分析的复杂性, 显然, 规范中的反应谱理论已不再适用, 必须建立在动态时程分析的基础上本文将根据该桥特点, 着重进行纵向地震反应分析分析要点有:大跨度桥梁地震波输人的

45、行波效应北岸主塔桩基础与土、结构的相互作用。 地震波的多点输入, 即对南、北岸主塔、锚锭基础及北塔桩基的不同土层输入不同的人工地震波。1.动力计算模式其特点是:(l)采用全桥空间模式, 包括主跨和南、北边跨。 主缆和吊索采用空间杆单元; 加劲梁、主塔、边跨梁、边墩及桩均采用三维梁单元。(2)由于主跨和边跨间的连接采用滑板式伸缩缝, 计算中假定它们能理想地相对自由滑动, 故计算模式中没有设伸缩缝单元, 仅控制地震荷载作用下主梁和边梁间的最大相对位移量。(3)边界处理: 南、北锚锭和南塔、边墩均处理为固结, 对北塔下的桩基础也作了适当处理，由于结构的纵向地震反应主要由平面内的各阶振型作贡献, 它们

46、和横向挠曲振型、扭转振型不藕合, 故在计算纵向地震反应时可将桩在横向进行合并, 把横向25排桩并成1排, 顺桥向15排桩的位置保持不变, 以减少节点数及缩小刚度矩阵中的带宽桩与桩之间采用土弹簧连接计算模型节点数为705。由于该桥宽跨比较小(B/L =1/41.84), 故第一振型为对称侧弯, 基本周期达19.63秒。而在常规情况下出现在第一振型的一阶反对称竖弯振型推迟到第二振型第六振型为纵飘(由于加劲梁和主塔下横梁之间采用滑动支座): 从第九到第十三振型均以索的振动为主, 第十五和第十六振型出现一阶对称扭转和一阶反对称扭转振型, 它们对研究结构的抗风稳定性有重要的意义从抗震角度, 感兴趣的是对

47、结构地震反应贡献最大的一些振型, 如39阶振型湘应频率为0.6759Hz) 对主塔的地震反应贡献最大。2.人工地震波输入江苏省地震局为大桥桥址作了地震危险性分析, 提供了50年超越概63%,10 %,3 %和10 0 年超越概率3 % 四组基岩目标反应谱和相应的加速度时程曲线, 并对北岸的场地土进行了地震动参数研究, 给出了地面加速度峰值和沿土层不同深度的加速度时程曲线。参考上海市南浦大桥和杨浦大桥的抗震设防标准, 最终确定江阴长江大桥采用50年超越概率10% 的地震危险性分析水准控制结构强度;50年超越概率3 % 控制结构位移。表2 所示为两种不同概率的南、北岸输人地震波的加速度峰值。南岸塔

48、、墩、锚锭输人的是基岩地震波, 北岸输人的是经过场地反应后的土层地震波。3.地震反应分析中考虑的几个问题3.1 行波效应江阴长江大桥主跨1385m,即两个主塔的中到中间距为1385m,每侧锚旋到主塔距离为295m,为此, 在地震波输人时考虑了时差的影响计算时差的依据是地震波的波, 但目前尚无实测纪录, 计算中作了以下近似定:假定震源出现在桥位以南(如漂阳地区), 地震波由南向北传播，地震波在岩层中的人射方向与竖直向成30度夹角， 岩层中波速近似取300米/秒, 覆盖土层中的波速近似取江苏省地震局实侧得到的各土层的剪切波波速, 从上向下逐渐增大, 其值在10 一330米/秒之间变化。据此计算, 两个锚旋间的时差约为0.7,两个主塔间的时差约为0.53。3.2 桩一土一结构的相互作用一维非线性自由场地的地震反应可采用一维剪切梁土层模型进行模拟。根据土层划分剪切梁的节点和单元。然后把土层的质量堆聚在节点上, 各质量之间用土层剪切弹簧和粘滞阻尼器连接。剪切弹簧的刚度及粘滞阻尼等非线性特性用现场工程地质钻探得到的土样在室内进行的静、动力试验