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1、北京地铁五号线曲线斜拉桥设计摘 要:北京地铁五号线第十四、十五标段高架工程中,跨越清河采用了预应力混凝土曲线斜拉桥。施工控制计算采用3DBridge进行,并在空间程序上利用“无应力索长法”控制斜拉桥最终目标状态。介绍该桥的设计、计算、施工安装及主要技术特点。关键词:斜拉桥;曲线桥;预应力混凝土结构;桥梁设计1概 述北京地铁五号线为2008年奥运会的配套工程,第十四、十五标段高架工程全长约5km,其中跨越清河的曲线斜拉桥为地铁五号线的标志性建筑,是世界上首座预应力混凝土轨道交通曲线斜拉桥,其桥式布置见图1。清河斜拉桥位于北京地
2、铁五号线高架工程第十四标段,立水桥至立水桥北区间,设计里程为K23+242.507~K23+452.507,桥长210m。桥面纵坡16‰,主梁位于平面曲线上,梁上圆曲线长160.981m,缓和曲线长49.019m。曲线要素:R=400m,Ls=300.1247m,α=33°40′46.00″,T=153.696m,E=18.381m。清河斜拉桥13号墩位于清河南岸,14~16号墩位于清河北岸。跨度布置为(108+66+36)m,主跨108m,边跨102m,内设一辅助墩以提高结构的整体刚度。主梁为单箱双室预应力混凝土结构,主塔
3、为钻石形结构,斜索为空间的扇形密索体系,梁上索距7m。结构体系为塔、梁固结,边墩和辅助墩上设纵向滑动支座。主塔墩和边墩采用钻孔摩擦桩基础。2斜拉桥设计2.1主要技术标准(1)设计活载:双线轻轨荷载。(2)设计行车速度:80km/h。(3)路面超高设置:20cm。2.2主塔设计主塔为钻石形结构,塔顶高程+99.909m,塔根高程+33.016m,塔高66.893m。塔柱横桥向宽2.2m,顺桥向宽4.0~5.029m,中、上塔柱外侧设计了1个装饰槽。为增加横向刚度,抵抗斜索径向水平分力,主塔上塔柱间设一箱形三角块,下部内收为实体
4、构件。上、中塔柱截面顺桥向壁厚60cm,横桥向壁厚100cm,中间三角块壁厚80cm。下塔柱实体块根部横桥向长14m,顺桥向宽502.9cm。主塔锚固区水平向布置直径32mm预应力粗钢筋。由于斜拉索径向力的作用,曲线外侧塔柱为拉弯构件,曲线内侧塔柱为压弯构件。为解决外侧塔柱受拉问题,在曲线外侧塔柱布置竖向预应力。竖向预应力布置分为2部分,高程+58.409~+80.409m处靠内侧塔壁布置8束12-7Ф5预应力钢绞线,高程+31.016~+50.909m处靠外侧塔壁布置20束12-7Ф5预应力钢绞线,见图2。3在塔、梁交接处
5、下塔柱顶布置有8束12-7Ф5水平预应力钢绞线。2.3主梁设计主梁全长209.90m,其中主跨部分长107.95m,边跨部分长101.95m,为单箱双室预应力混凝土结构,上缘宽11.0m,下缘宽5.0m,横梁间距3.5m,梁高2.6m,为减小活载产生的主梁扭矩,线路中心线向主梁中心线内侧偏移20cm,见图3。标准段主梁顶板厚25cm,底板厚30cm,斜腹板厚35cm,中腹板厚40cm,两侧斜索锚固悬臂端长100cm,高80cm,横梁为变宽截面,距中腹板203.3cm范围宽30cm,然后渐变至端部70cm。为克服边跨支座负反力
6、,在36m辅助跨箱内填压重混凝土,底板增厚至50cm,中腹板加宽至50cm。主梁纵、横向布置有预应力钢绞线束。全桥纵向布置18束5-7Ф5通长钢绞线束。主跨底板布置有4类12-7Ф5预应力钢绞线束。边跨布置有3类12-7Ф5预应力钢绞线束。主梁顶板在端部和支点处都布置12-7Ф5预应力钢绞线束。普通横梁布置有2根9-7Ф5预应力钢绞线束。2.4斜拉索设计斜拉索采用Ф7平行钢丝斜拉索,标准抗拉强度1670MPa,规格分别为55、73、85、91、109丝共5种类型,最短斜索长29m,最长斜索长113m。全桥共56根,共计104
7、t,冷铸锚112套。2.5主塔基础设计主塔墩地形复杂,承台的西北角和东南角各有1根外径2.2m的供水管通过,在承台东南角下有1条电缆沟通过,见图4。为避开西北角供水管道,切去承台西北角,承台尺寸23m×12.2m×4m,切角尺寸12.8m×4.8m。桩基础采用13根直径1.8m钻孔摩擦桩,桩长75m,桩基在平面布置上避开电缆槽,见图5。承台底至电缆沟顶距离为0.774m。基础施工时在承台底与电缆沟顶之间应采取隔离措施,防止上部结构反力直接传至电缆沟。由于斜拉索径向力的作用,在恒载作用下,主塔基础作用有径向弯矩,本桥主塔基础重
8、心向曲线内侧偏移,与主塔基础受力吻合。3静力计算3.1空间静力计算由于本桥为预应力混凝土曲线斜拉桥,其受力特点表现为复杂的空间受力状态,不能用传统的平面杆系程序进行分析计算。本次计算采用中铁大桥勘测设计院有限公司编制的“桥梁空间分析软件3DBridge”空间程序进行静力分析,利用不对称索力
