宜昌长江大桥_大跨度连续刚构柔性拱新型组合桥式结构研究.doc

PAGE . . . 宜万铁路宜昌长江大桥—— 大跨度连续刚构柔性拱新型组合桥式结构研究 铁道第四勘察察设计院　 1、概述 新建宜万铁路于湖北省宜昌市跨越长江，宜昌长江河段属于山区性河流向平原河流转变的过渡段，呈顺直微弯分汊状。桥址河段中部胭脂坝将河道分为南北汊，北汊为主河道，见图1所示。桥址河段规划净空为两孔244m×18m。为满足通航需要，大桥通航孔跨确定为2×275ｍ。主桥采用130m＋2×275m＋130m连续刚构柔性拱组合桥式结构，其景观效果见图2。北引桥为10孔50ｍ简支梁、江心胭脂坝洲为14孔50ｍ简支梁、南汊为一联56ｍ＋100ｍ＋56ｍ连续梁、南引桥为9孔32ｍ简支梁，桥全长2519ｍ，全桥立面布置见图3。北引桥、主桥和南汊桥按双线设计，江心胭脂坝洲桥和南引桥按预留双线设计，设计行车速度160km/h。 图1 桥址平面图 图2 130m+2×275m+130m连续刚构柔性拱效果图 图3　全桥立面布置图 2、主桥结构设计研究 130ｍ＋2×275ｍ＋130ｍ连续刚构柔性拱组合桥式，立面布置见图4，是一种创新的梁拱共同受力的组合桥式，在铁路桥梁中首次采用，为使桥式结构的梁、拱、墩刚度合理匹配，使结构达到最佳受力状态，对结构设计进行了研究比选。 图4、130m+2×275m+130m连续刚构柔性拱组立面布置图（单位：毫米） 2.1、主要结构构造 2.1.1梁部横截面构造 刚构柔性拱中大跨度预应力混凝土连续刚构作为主要受力构件，为使梁部具有良好的受力性能，通过研究比选，采用斜腹板单箱双室倒梯形截面，见图5。根部梁高14.5m，端支点及中跨中处梁高4.8m。顶板宽14.4m，箱梁跨中处底板宽12.73m，渐变至根部为9.2m。顶板厚根据纵向预应力索布置需要确定，双层布索时为50cm，单层布索时为40cm。腹板厚度分为30cm、45cm、60cm，采用渐变段过渡，梁体根部厚度为100cm，底板厚度由中跨处的35cm渐变至根部140cm。 a)主梁根部附近截面　　　　　b)主梁跨中截面 图5　主梁横截面（单位：厘米） 2.1.2拱肋构造 拱肋计算跨径264m（拱轴线与梁顶面相交点之间），矢高52.8m，矢跨比1/5.0，抛物线型拱。每孔两片拱肋，每片拱肋经过受力比较，采用4-ф750mm钢管混凝土桁架，拱肋截面如图6所示。拱肋上下弦管中心距离由拱脚处的4.0m渐变至拱顶处3.0m，两片拱肋中心距12.15m，有十一道横撑将两片拱肋连接。 a)拱脚处截面　　　　　b)拱顶处截面 图6　拱脚截面与拱顶截面（单位：厘米） 2.1.3吊杆 拱肋采用竖直平行吊杆传力，顺桥向间距10.0m，为便于运营期间吊杆的养护维修更换，每一吊点顺桥向设双吊杆。按吊杆所受荷载大小计算确定吊杆面积，靠近拱脚范围的三对吊杆为12-ф15.24mm钢绞线，其余采用15-ф15.24mm钢绞线，如图7所示。吊杆分两批张拉，采用单根张拉钢绞线无粘结外包PE镀锌钢绞线新技术。 图7　吊杆布置图（单位：厘米） 2.1.4主墩 如图8所示，边主墩采用双薄壁墩结构，壁厚3.0m，横桥向宽12.0m，实心截面，中心距5.0m。中主墩采用空心单柱墩，顺桥向8.0m，横桥向宽12.0m。 a)边主墩　　　　　　　　　　　　b)中主墩 图8　主墩横截面图（单位：厘米） 2.1.5基础 主墩均采用12ф3.0m钻孔嵌岩桩。桩长与配筋按受力要求确定，承台为圆弧切角矩形，厚5m，桩基础布置见图9。 a)立面　　　　　　　　　　　　b)平面 图9　桩基础布置图（单位：厘米） 2.2、纵向预应力索布置 墩柱顶梁体截面上缘布置128束31-ф15.24ｍｍ钢绞线，以满足梁部悬臂施工时受力要求。边跨底板布置28束19-ф15.24ｍｍ钢绞线，作为梁部施工完成后期张拉索。考虑梁体受拱的推力作用，中跨中截面上下缘分别布置12束和40束19-ф15.24ｍｍ钢绞线。 2.3、结构静力计算 全桥按梁、墩、拱、吊杆顺序划分535个单元，425个节点。根据拟定的施工方法和步骤分57个阶段模拟实际施工过程进行全桥内力计算。按冲刷前河床线和局部冲刷线两个计算模型分别考虑土对桩基础水平抗力影响。计算模型同时考虑了钢管混凝土拱肋实际形成过程：其单元截面模拟成组合截面形式，钢管部分先期架设并参与受力，管内混凝土分仓、分段灌注并达到强度后才参与受力。 梁部截面强度安全系数最小值为2.31。拱脚拱顶截面强度安全系数分别为2.27和2.47，按一类稳定检算拱肋稳定面内、面外安全系数分别为9.9和8.1。主梁跨中截面静活载最大竖向挠度7.651ｃｍ，挠跨比达1/3564。 3、结构分析研究 刚构拱组合结构，具有预应力混凝土连续刚构和钢管混凝土拱共同受力的特点，结构内力受到各部位