巫山長江大橋460米鋼管混凝土拱橋ChongqingJiaoTongUniversity設計

一、工程概況巫山長江大橋是一座跨徑460米，一跨跨過巫峽口的中承式鋼管混凝土拱橋。其鋼管管徑達到1.22米，吊裝重量達到180t，總投資1.96億元。是世界上同類橋梁中,跨徑和鋼管直徑最大,吊重最重,造價最經濟的橋梁。二、設計（一）大跨鋼管砼拱橋結構構造的創新設計

1、橋位、橋型、孔跨方案設計通過“工可”三個橋位方案論證，經過地質、地形條件、區域交通網、工程總體造價的綜合比較，并經過“工可”、“初設”反復論證，推薦采用了現建橋的巫峽口橋位。

“工可”七種橋型方案比選，從工程造價、與地形匹配、景觀等方面考慮，采用大跨鋼管砼拱橋方案。針對400米上承式和凈跨460米中承式鋼管砼拱橋比較，從多方面綜合考慮，采用凈跨460米中承式鋼管砼拱橋。2、鋼管砼拱圈主要參數設計主要對以下參數進行優選：（1）截面徑向高（拱頂為7.0米和8.0米，拱腳截面高為13.0米和14.0米）；（2）拱軸系數（m

＝1.8、1.6、1.4、1.2、1.05）；（3）桁架節間距離（4米、6米、8米）；（4）不同弦管管徑、不同腹桿布置形式；比選后，采用了拱頂徑向截面高7.0米，拱腳徑向截面高14.0米，桁架節間間距為6米，豎腹桿和徑向腹桿組合使用，弦管管徑為1220毫米，腹管管徑為610毫米，凈矢跨比為1/3.8，拱軸系數為1.55的拱圈設計參數。

主拱圈截面由兩肋組成，每肋由四根鋼管構成組合矩形截面柱；平面上每肋兩根鋼管由平行腹桿鋼管聯接，縱面上每肋兩根鋼管由斜、豎腹桿鋼管連接；每肋間距為12米處設置橫隔。

3、主拱圈截面構造形式設計

兩肋間的橫撐橋面以下為“米”字撐，橋面以上為“k”形撐，加強了肋間橫向聯系，確保了全橋橫向穩定。主拱圈節點處受力肢管最多為三根，一般為兩根，且肢管與主管的夾角一般在50°左右。肢管與肢管之間的焊縫間距均大于50毫米。（4）吊裝系統設計纜索吊裝將扣掛系統和吊裝系鉸接合一，因吊塔變位大，扣塔要求變位小，為不相互影響，吊塔鉸支于扣塔頂端，且限制鉸傳遞的水平分力，以控制扣塔頂的變位。4、拱圈安裝接頭構造設計為了便于拱肋懸拼時調整軸線，拱頂合龍前，拱腳處設置了豎轉鉸.為了控制拱肋線形及合龍溫度影響，拱頂合龍接頭設計了瞬時合龍接頭.

拱肋節段安裝采用內法蘭臨時，再用兩塊與弦管外徑項同的半圓弧板對接。為了順利能準確定位，設計采用了如下導向沖定銷軸。5、主拱圈安裝方案總體設計（1）扣塔及索鞍：安裝在兩岸上，塔高約100米，塔距576米，以鋼管砼柱拼裝組成，橫向采用門柱式結構，便于起吊單元通過。扣塔頂設置索鞍，便于扣索通過（扣索在尾端錨梁處張拉）。（2）錨碇、錨梁及扣點：錨碇采用錨索及樁組合的結構形式，扣點設計為錨梁，支點在拱肋節點處。6、提高穩定及動力特性的構造措施由于本橋跨度大，橋梁寬度僅為19.5米，橋梁寬跨比僅為1：26，為了提高橋梁橫向穩定、動力特性，采取了以下措施：①將橋面梁設計為先簡支后連續的結構體系；②長吊桿和高立柱處，設計為吊桿、立柱與橋面梁固接；③短吊桿和矮立柱處，設計為吊桿、立柱與橋面梁四氟滑板支座鉸支。這樣，借助橋面梁的抗扭剛度，提高橋梁總體剛度。

7、吊桿橫梁和橋面梁的構造設計吊桿橫梁和鋼管砼拱肋上立柱橫梁為預應力砼Ⅰ形截面梁，便于就地預制和安裝，減輕自重，降低工程造價。

行車道梁為后連續的預應力砼“π”形梁，吊裝就位后，焊接連接梁肋上、下緣主鋼筋，再現澆接頭砼30厘米形成連續梁。人行道梁也為先簡支、后連續的“π”形連續。

8、確定了吊桿構造及耐久性設計本橋免維修周期為30年，本橋結合自身特點，全面考慮采用了多重體系設防相結合的綜合防護方案，同時，吊桿是可更換的。（1）吊桿采用109φ7毫米預應力環氧噴涂鋼絲，防腐體系為：鍍鋅層＋環氧層（160um）＋防腐脂＋聚乙稀護套（雙層）+發泡聚氨脂+哈氟管組成。

（2）兩端采用0VMLZMT—109型冷鑄錨具，上下錨具分別有端頭防護板、防護罩和固化油脂，同時，吊桿外套哈氟管與錨具間設置熱縮塑料套連接。（3）吊桿橫梁處防護處理措施為了避免大氣、雨等進入錨頭腐蝕鋼絲，在橫梁頂吊桿外套鋼管處設置了防水鋼板，并將防水鋼板與外套鋼管焊接，確保密閉。（4）縱向限位裝置設計為了限制短吊桿因縱向變位而疲勞破壞，在肋間橫撐的端吊桿處，設置縱向撐，并在橫撐及端吊桿處的橫梁上設置滑板支座，這樣既滿足了橋道梁的自由伸縮，又限制短吊桿的大應變。9、拱座幻玉構造設烤計（1）對不街穩定的聰危巖塊柏體進行持卸載清糟除；（2）采它用多個層水宮平臺芹階和昏帶一錘對垂逼直撐悅的拱藝座方洪案；（3）采用粒較完善櫻的錨桿釘及圬工宰砌體對出兩案進書行防護寬；（4）分離鍬式的鋼是筋砼拱數座，橫混向分別器設三道倉鋼筋砼著橫撐。10、鋼結樣構防腐籌方案設術計用電高弧噴出涂鋁參鎂合射金長嘗效防遣腐方搖案，片壽命肥按30年以上毅考慮。金屬表脖面處理薦等級Sa筑3涂層捐組合裕：柜電愉弧噴恰涂鋁誰鎂16喝0μ戚m環氧封開閉涂層爬（842）臺二道腦（50μ籮m）丙稀至酸聚誼氨脂秘面漆約二道妄（50勝μm）（二）這大跨鋼蜓管砼拱呆橋施工票工藝設微計1、拱耗肋安降裝方退案的透確定根據本蟲橋位地慘形特點李、河道屆運輸條籃件、施竟工水位驢高低及斧拱肋節守段組成業重量，減經多種毛施工方仁案論證謠比選，標采用無扇支架纜袖索吊裝葡工藝安兵裝拱肋湯，是可過行、風張險小、氣經濟的始施工方君案。2、扣、枝吊體系蓬設計本橋主尺拱安裝蜂扣掛系躺統和吊歪裝系統悲和一。3、扣塔惱構造設墻計（1）扣塔下設計扣塔晉（吊城塔）百構造檢由鋼蒸管桿液件組等成桁躲架塔患柱。（2）扣塔月索鞍設彎計由于種扣索潛張拉漂體系探張拉泊端設畝置在弓錨碇飾處，項扣索水必須寺繞過百扣塔紋頂，拜因此刮塔頂撇由型船鋼組續拼成釣了扣壘索索辟鞍。4、拱肋蔥節段吊鴨裝程序謙設計拱肋節嫩段安裝份由兩岸姿拱座向枝跨中逐龜段懸拼賠施工。燃節段為秘單肋安剩裝，待胸上、下膽游同岸韻同一節油段吊裝漁就位后奏，安裝伶節段內吃平面連施接橫撐汪，即形殖成一個蠻雙肋節鳥段單元受。5、鋼管潮砼灌注妨方案設兄計（1）鋼管客內砼接師力灌注采用C60高強補燙償收縮姨砼，以椅泵壓法銹自拱腳網向拱頂嶄按設計群的壓注預順序，揪按三級渴接力灌劉注鋼管濾內砼。（2）灌注濫中扣索錢索力調笛整值根據鋼障管內砼襖灌注的顫不同階擔段張拉診扣索索爪力，以鐵控制主乘拱鋼管猜應力及答變位。施工棧橋布置圖6、主社跨施賊工流報程圖研區究■計桐算理論厚：有初蘋應力室的鋼房誠管混城凝土剩極限桐承載祝能力孔計算蘇方法鋼管混喇凝土收琴縮、徐窩變規律搭及其計挑算方法鋼管混成凝土節毒點疲勞灶設計方擴法■施工技畏術：大跨匆徑鋼畝管拱止肋的岸精確懷安裝柜問題大體汪積管糟內混視凝土景灌注宜問題管內椒混凝可土脫蜓空問巨題■設計技隨術：鋼管混令凝土拱限橋合理品構造形很式鋼管壩拱肋游節段興的連豎接短吊桿歇的使用緒壽命背景在巫蜓山橋姐建設渣時，廉國內講外還略沒有朗鋼管收混凝書土拱估橋設開計和進施工朽技術妹規范圓。在哨計算臭理論服、設價計技虜術和循施工壞技術耗方面援還有竟許多夕技術革問題職亟待蹈解決登：■軌計算映理論涌：有初嶄應力尿的鋼姓管混膜凝土己極限袋承載標能力請計算嚷方法鋼管混厘凝土收片縮、徐盒變規律險及其計尾算方法鋼管混會凝土節越點疲勞惰設計方邁法■設計局技術扇：鋼管妹混凝鐘土拱率橋合隊理構楊造形淘式鋼項管拱沙肋節午段的稱連接短吊超桿的樸使用差壽命■施工技毅術：大跨徑者鋼管拱燈肋的精驅確安裝翠問題大體呀積管優內混兵凝土塔灌注盞問題管內傳混凝睛土脫抱空問項題研究度思路以巫山長江大橋為依托，通過大直徑鋼管混凝土構件試驗研究與理論分析，解決了鋼管混凝土徐變、節點疲勞以及極限承載能力計算方法等重大理論問題；通過設計參數優化、特殊構造模擬試驗，解決了特大跨鋼管混凝土拱橋設計關鍵問題；通過施工實踐、工藝優化與改進，解決了施工中存在的關鍵技術問題；最終形成了一整套先進的鋼管混凝土拱橋設計施工技術。并通過巫山長江大橋的工程實踐得到驗證。考慮約束的徐變系數壓應力拉應力鋼管混凝土收縮徐變試驗構件主要成弟果通過斷節段醬模型朵實驗確，揭軋示了鳳鋼管偉混凝用土徐討變規核律，瘦提出咳了用捷考慮紹鋼管痰約束觀的徐盈變系捷數，欣來替航代砼錢的徐壟變系櫻數進侵行徐術變分榮析的績方法御。提出哲用組杰合截世面法太來模墾擬鋼怪管混養凝土汽單元因，得堤到了模鋼管敵與混收凝土妨應力歐重分跟布公弦式：1.提出了鋼管混凝土收縮、徐變規律及其計算方法鋼管混跪凝土拱株橋設計圈計算理轎論2.提出了魯大型鋼孩管混凝止土節點醒設計計煌算方法主要造成果鋼管混烘凝土拱守橋設計安計算理攔論針對特大跨鋼管混凝土拱橋的節點進行了疲勞試驗，提出了大型鋼管混凝土節點設計計算方法。鋼管混凝土疲勞強度：修正系數：■主管中灌注混凝土后，混凝土約束鋼管變形，應力發生重分布，節點應力集中現象已不明顯；相貫線處的應力分布趨于均勻；同時也改善了整體結構的應力情況。■鋼管混凝土節點疲勞壽命較空鋼管節點大幅提高；特別指出加肋板的板——管節點是一種低壽命的節點類型，其疲勞強度較差。■主要率成果節點疲塌勞實驗巫山鄭橋節耍點構霉造（單位器：MPa）鋼管獎混凝勉土試來件與棗空心冷管試緞件在集支管璃中截仆面處幸應力頭比較主要成胸果測點5354555657585960空心管試件21.9511.672.5213.2922.5413.011.8211.20鋼管砼試件16.8713.329.9013.5917.8013.548.4813.35提出互了有鹽初應鄰力的喂鋼管考混凝搜土極聞限承縮慧載能耗力計衣算方精法承載力影響系數針對初應力對大直徑（1.22m）鋼管混凝土構件承載力的影響進行了研究，提出了極限承載力計算方法。■管內混凝土有初始應力對整個鋼管砼結構極限承載力有較大的提高，較普通鋼管混凝土提高18％左右；僅鋼管有初始應力對整個鋼管混凝土結構極限承載力有一定的影響。■主要呆成果鋼管楊混凝而土拱種橋設陰計計乏算理添論3.鋼管混凝土承載能力試驗主要成默果主要成嘗果在20種設計窮參數組掙合方式懼中進行電優選,提出了點全拱受缸力均衡聯、上下晨弦內力堅接近和法外形輪版廓變化慚分明的貞空間鋼療管混凝核土桁架劫肋拱。躺解決了廳世界第權一大跨遲徑鋼管澡混凝土泊拱橋合礦理構造樂形式。提出嶼了鋼銅管混謊凝土娃拱橋樹合理播構造炒形式鋼管混線凝土拱燥橋設計柳關鍵技獵術1.主要其成果首次研發出了力學和施工性能優良的內法蘭拱肋接頭，既保證了拱肋連接牢靠、安裝方便，又保證了拱肋優美外形和管內混凝土灌注通暢。獲得國家專利。2.鋼管萄混凝蟻土拱超橋設早計關專鍵技釀術主要成督果在短吊桿處首次設計了縱向限位裝置，與傳統的構造形式相比，改善了短吊桿的受力，延長了使用壽命。3.鋼管吸混凝汗土拱騙橋設倘計關床鍵技唯術主要培成果1.大跨針徑鋼莊管砼演拱橋妙無支墻架吊燦裝斜岡拉扣言掛工銹法總結出敲了大跨蝦徑鋼管音砼拱橋羨無支架龜吊裝斜菊拉扣掛紐奉工法—獲國射家級面工法魄。鋼管衣混凝蠅土拱愁橋施核工關款鍵技搞術首次采用了吊扣鉸接合一工藝。吊、扣塔合一復合式錨錠（樁錨加巖錨）主要沈成果賀點鋼管盒混凝饑土拱棚橋施喬工關允鍵技床術采用了復合式錨錠，大大減小了錨錠砼體積1.大跨鮮徑鋼五管砼拐拱橋園無支甩架吊云裝斜嘗拉扣著掛工袋法承索器構造圖低應力夾片錨固系統主要成灶果鋼管譜混凝夜土拱岔橋施索工關壓鍵技雞術研發了扣索可調索低應力夾片錨固系統和主動承索器1.大跨姓徑鋼搬管砼導