兰州雁滩黄河大桥主桥横梁的设计与试验研究

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1、兰州雁滩黄河大桥主桥横梁的设计与试验研究2005年9月第5期53马国纲(兰州市城市建设设计院,甘肃兰州 730030)摘 要:介绍了兰州市雁滩黄河大桥主桥三跨连续钢管混凝土刚架系杆拱桥结构中横梁的设计和试验研究,并对理论和试验的结果进行分析比较,为同类结构设计提供参考。关键词:钢管混凝土拱桥;横梁设计;试验研究;兰州市中图分类号:U448.225 文献标识码:A 文章编号:1009-7716(2005)05-0053-030 前言兰州市雁滩黄河大桥是兰州市规划建设中的8字环形交通重要组成部分,是市内跨越黄河的一座重要的城市桥梁。该桥西起兰州市盐场堡地区,东至雁滩地区,上跨北滨河

2、路、黄河、南滨河路、天水路,东接605号规划路,全长816m,其中西引桥长75m,主桥长301m,东引桥长440m。主桥结构为85m+127m+85m下承式三跨连续钢管混凝土刚架系杆拱桥(见图1),桥面宽31.0m,双向四车道,设计荷载汽车—超20级,验算荷载挂车—120级,人群荷载3.5kN/m2。东西引桥均为钢筋混凝土连续梁桥。该工程于2001年1月21日开工,2003年12月竣工。———————————————————————————————————————————————本文仅就主桥三跨连续钢管混凝土刚架系杆拱桥的横梁结构设计和试验研究进行描述。撑,边孔设3道横撑,拱顶

3、为米字撑,两边各一道K撑。全桥设计了吊杆53对,吊起53片横梁,横梁上铺桥面板。该桥的基础采用钻孔灌注桩基础,直径为2.0m,桩长40m,按嵌岩桩设计。桥墩采用钢管混凝土双柱式桥墩,直径3.5m,墩高10~12m。2 横梁设计对于该系杆拱桥,横梁是桥面系构造的主要组成部分,也是直接承重部分,荷载通过横梁传递给吊杆,横梁一旦出现裂缝或其它病害,其数量多,维修难度大,直接影响着桥梁的安全。横梁的设计要求其重量轻、高度低、轻巧美观,易吊装,而且要有足够的强度和刚度,并满足耐久性的要求。设计中根据结构和材料的选择,分别对钢结构梁、钢-混凝土组合结构梁以及预应力混凝土结构梁,从技术、施工

4、工艺和经济等多方面进行比较,最后确定选用预应力混凝土双悬臂梁(见图2)。图1 兰州市雁滩黄河大桥主桥桥跨布置 单位:m1 总体设计主桥主要由哑铃形钢管混凝土拱肋、钢管拱肋横撑、钢绞线系杆、高强平行钢丝吊杆、预应力混凝土横梁、桥面系、钢管桁架纵梁、双柱式桥墩、基础等构成。中孔跨径127.0m,矢高25.4m,边孔跨径85.0m,矢高17.0m,矢跨比均为1/5,拱肋空间曲线为二次抛物线。桥梁横向设2片拱肋,间距16.75m,中孔设5道横撑,拱顶为米字撑,两边各两道K———————————————————————————————————————————————收稿日期:2005-0

5、7-18作者简介:马国纲(1966-),男,甘肃古浪人,高级工程师,总工程师,。图2 横梁一般构造图 单位:cm对于一般的预应力混凝土双悬臂梁,其设计有着较为成熟的理论计算方法,设计人员都会采用常规的方法进行计算配索。该梁的特点是自重轻,仅为53t,而桥面板、人行道板、桥面铺装、系杆托架、栏杆等二期恒载达到122.7t,再加上活载,整个荷载共241t。也就是说后期荷载为横梁自重的4.5倍多,这就给设计中预应力的配索带来困难。对于跨中截面,若截面下缘储备了承担后期荷载的足够预应力度,则截面上缘的拉应力就会远远超过允许,542005年9月第5期应力的配索与二期恒载的施加顺序也有着密

6、切的关系,如果随着二期恒载的施加逐步施加预应力,这个问题就会变得简单,但横梁悬吊起来施加预应力,施工非常困难。该横梁在设计中充分考虑后期荷载大、受施工顺序影响的特点,先明确施工顺序,采用二次浇筑的方法,保证横梁在地面预制完成。每根横梁梁长28.5m,梁宽0.80m,跨中梁高1.75m,吊杆处梁高1.61m,悬臂端头梁高0.40m,梁内挖空形成箱形结构,顶底板厚0.15m,腹板厚0.16m,预应力束设置在腹板内。横梁预应力束采用符合———————————————————————————————————————————————GB/T5224-1995标准的高强度低松弛钢绞线,N1

7、、N2规jj格为Υ15-3,N3、N4规格为Υ15-5。先浇筑中间18.75m段,张拉N3、N4钢束,待混凝土强度达到100%后浇筑两悬臂端各4.875m段,张拉N1、N2钢束。对结构按实际的施工顺序采用SAP90程序进行有限元分析,保证横梁在各个施工阶段和运用阶段满足强度、刚度以及耐久性的要求。活载加载每工况不累计,恒载+汽车+人群荷载总计为240.6t。4 实测结果与理论值的应力比较因在张拉预应力阶段横梁下部设有支撑,对横梁的自由变形有一定的影响,且加载阶段的温度对测试结果影响较大,所以

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