[摘要] 我国一贯被称为“基建狂魔”,仅在2020年通车的大跨拱桥共21座,包括公路、铁路、市政等行业,其中2座连续钢桁梁柔性拱桥和2座预应力混凝土连续梁拱桥,接下来看看钢管混凝土拱桥代表案
钢管混凝土拱桥共6座,其中广西平南三桥、四川仁沐新高速犍为岷江大桥为中承式钢管混凝土拱桥,浙江舟山岱山江南二桥位“飞燕式”中承式钢管混凝土系杆拱桥,浙江温州文泰高速南浦溪大桥、湖北恩施建恩高速找龙坝大桥为上承式钢管混凝土拱桥,四川泸州合江车辋大桥为下承式钢管混凝土拱桥。
1 平南三桥
平南三桥位于广西壮族自治区贵港市平南县西江大桥上游6 km,是荔浦至玉林高速公路平南北互通连接线上跨越浔江的一座特大型中承式钢管混凝土拱桥[3],大桥全长1035 m,主跨跨径为575 m,桥面宽36.5 m。全桥总用钢量15000 t。该桥于2018年6月正式开工建设,2020年12月建成通车。
主拱采用变高度钢管混凝土桁架结构,主拱矢跨比为1/4,拱轴系数为1.5,拱肋中心间距为30.1 m;拱顶截面径向高8.5 m,拱脚截面径向高17.0 m,肋宽4.2 m。拱肋弦管直径1400 mm,管内灌注C70混凝土,腹杆直径700 mm,横撑直径850 mm。吊杆采用整束挤压的37根φ15.2环氧喷涂钢绞线,钢绞线极限抗拉强度为1960 MPa。吊杆间设置单股φ15.2钢绞线作为抗风索。桥道系采用钢格子梁的钢-混组合结构,钢格子梁由两道主纵梁、五道次纵梁与吊索处的主横联及四道次横梁组成,纵、横梁均采用“工”形截面。南岸基础采用扩大基础,北岸基础采用直径60 m圆形地连墙基础+注浆加固卵石层。
一条拱肋分22个吊装节段,最长节段45 m,最大吊重215 t。
设计采用了基于制造、运输、安装一体化的节段单元,即拱肋节段在工厂制造,船运,以及现场吊装均是一体化的节段,结合新型组合式横撑、矩形拱肋内横隔构造系、节段间内法兰装置,有效地减轻节段单元重量,减少高空焊接接头数量和高空作业时间。因此降低了吊装风险和安装费用。
在施工中应用北斗卫星定位系统、智能张拉等技术,将200 m高度的塔架顶部偏位精确控制在20 mm以内;基于影响矩阵原理的“过程最优,结果可控”扣索一次张拉计算理论,实现大跨径拱桥主拱圈线形控制技术的突破。
2 四川省仁寿至屏山新市高速公路犍为岷江大桥
四川省仁寿至屏山新市高速公路犍为岷江大桥全长约4.5 km,其中跨越岷江的主桥长457.6 m,主跨为净跨径400 m中承式钢管混凝土拱桥,桥面宽29 m,如图3.2所示。该桥于2017年5月开工,2020年12月完工。
主拱采用变高度钢管混凝土桁架结构,矢跨比为1/4,拱轴系数为1.45,拱肋中心间距为30.6 m,肋宽4 m;拱顶截面径向高为7 m、拱脚截面径向高高为13 m。拱肋上、下弦管各采用2根直径Ф1320 mm,壁厚分别为22 mm、26 mm、30mm、36mm等四种厚度的钢管,内灌C60混凝土,其中壁厚36/30mm的钢管材质Q390D,壁厚22/26 mm的钢管材质Q345D;横联用Ф762×16 mm钢管,竖向腹杆用Ф660×12 mm(16 mm,22mm)钢管。
吊杆采用抗拉强度为1860 MPa、整束挤压的25根Ф15.2环氧喷涂钢绞线,纵向间距为16 m。
桥道系采用钢格子梁的钢-混组合结构,钢格子梁由两道主纵梁、三道次纵梁与吊索处的主横梁及三道次横梁组成,纵、横梁均采用“工”形截面,材质均为Q355NH耐候钢。
拱肋分为14个吊装节段,最长39.3 m,最重220 t。
为了避开安全风险高的汛期水上运输,必须缩短节段安装周期,一方面加大节段长度,减少节段数量,另一方面改进了传统缆索吊装系统,采用了“大段悬拼精确成拱”技术,有效解决多扣索体系扣锚索索力调整频繁、操作复杂的难题。
3 舟山岱山新江南大桥
新江南大桥是G526线岱山段改建项目的关键节点工程,大桥处于岱山交通咽喉位置,连接岱山本岛与江南岛,在既有江南大桥东侧平行新建一幅大桥,采用四车道一级公路标准,设计行车速度为80 km/h。考虑桥梁景观的整体性,新桥桥型与既有桥梁外观一致,故仍选择采用钢管混凝土拱桥,新老桥桥孔及拱肋布设尽量对齐。受两岸地质条件限制,设置推力拱的条件不成熟,故新建江南大桥采用有系杆平衡的无推力拱形式。
新江南大桥主桥跨径布置为45.5+208+45.5 m,采用三跨“飞燕式”中承式钢管混凝土系杆拱桥,总长299 m,桥面宽度25 m。
主拱肋采用等截面钢管混凝土桁架结构,悬链线拱轴线,计算跨径205 m,矢高38.68 m,矢跨比为1/5.3,拱轴系数m为1.25。全桥由两条拱肋组成,两肋中心间距28 m,每条拱肋由上下各2根Ф1000 mm钢管通过腹杆组成高3.7m,宽2.8m的钢管桁架,水平向采用Ф600×16 mm(非吊杆处为Ф400×12 mm)钢管横向连接两根主钢管。直腹杆、斜腹杆均采用Ф500×16 mm钢管作竖向连接。
大桥于2018年5月23日开工,施工区域处于海域,存在施工条件恶劣,桥梁结构复杂且技术难度高、安全风险大、工期紧任务重等特点。2020年6月28日大桥顺利通过荷载试验,标志着该桥已具备通车条件。
在桥梁建设中应用BIM管理平台,对大桥施工进行模拟并实时监控,解决了拱肋空间曲线结构测量监控难度大等问题。
4 温州文泰高速南浦溪特大桥
南浦溪特大桥位于泰顺县南浦溪镇西南侧,跨越珊溪水库和峃院线,全长445 m,宽度25 m,如图3.4所示。主桥采用计算跨径258 m钢管混凝土上承式肋拱桥,计算矢高为56.087 m,矢跨比1/4.6,悬链线拱轴线,拱轴系数m=1.6。拱上结构采用14×20 m工型钢-混组合梁,先简支后结构连续。大桥于2020年6月16日建成通车。
拱肋为等截面钢管混凝土桁架结构,全桥由两条拱肋组成,两肋中心间距17 m,拱肋截面高5.5 m、宽3.0 m。每片拱肋由上、下各2根Ф1200 mm钢管,通过水平向12 mm厚缀板、竖向Ф600×16 mm钢管连接主管,组成桁架。拱肋总重约2600 t,每条拱肋划分为13个吊装。
5 建恩高速找龙坝河特大桥
湖北恩施建恩高速公路找龙坝河特大桥横跨找龙坝河,两岸地形陡峭,局部近似直立状,大桥全长343 m,主桥为上承式钢管混凝土肋拱桥,跨径225 m,矢高45 m,矢跨比1/5,拱上结构为15×16 m空心板,如图3.5所示。大桥于2017年5月开工,2020年7月16日建成通车。
主拱肋采用变高钢管混凝土桁架结构,每条拱肋划分为22个节段,拱顶设合龙段,节段宽度5.5 m,最大高度8.5 m,最大长度16.2 m,最大重量48.7 t。
6 泸州合江县车辋大桥
车辋大桥为泸州市合江县渡改桥工程之一,采用三级公路技术标准。桥梁总长256.8 m,桥梁宽度12 m[8]。主桥采用净跨径220m中承式钢管混凝土拱桥,净矢高55 m,净矢跨比1/4,拱轴系数为1.5。本桥2018年4月10日开工建设,2020年9月30日建成通车。
拱肋为等截面悬链线无铰拱,截面高4.5 m,截面宽2.2 m。拱肋为钢管混凝土弦杆和钢管腹杆组成的桁架结构,每肋上、下各两根弦杆采用直径800 mm,壁厚12~16 mm、内灌C70混凝土的钢管混凝土,腹杆采用Ф450×10 mm空钢管。两条拱肋中距14.3 m。吊杆纵向标准间距8 m。
桥道梁采用钢格子梁,其上铺波形钢再浇筑混凝土,形成钢-混组合结构,标准段钢格子梁由两道主纵梁、一道次纵梁与吊杆处的主横梁及两道次横梁组成;钢格子梁均采用“工”形截面。其中主纵梁高1.0 m,次纵梁高0.8 m;主横梁桥面中心处高1.3 m,次横梁中心处高0.8 m。
桥面板采用凹肋钢底板-混凝土的组合桥面板,凹肋钢底板组合桥面板无需在钢底板上焊接PBL键,施工更便捷。
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