东海大桥超大型跨海桥梁设计综合关键技术研究(下)

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1、万方数据·上海建设科技2005年第6期·东海大桥超大型跨海桥梁设计综合关键技术研究(下)卢永成丁建康上海市政工程设计研究院莫景选张剑英中交第三航务工程勘察设计院2．4．2主通航孔桥主通航孔采用跨径为73m+132m+420m+132m+73m的双塔单索面钢和混凝土结合梁斜拉桥，见图4。主跨径420m，居世界钢一混凝土箱型结合梁斜拉桥第1。主梁采用单箱3室大悬臂截面，桥面宽度33m，梁高4．om。主塔采用倒Y形塔。主通航孔桥作为我国首座在外海建造的大跨度斜拉桥，其设计及工程实践具有开拓性的意义。为满足东海大桥海洋环境、常遇重载车辆使用等条件而提出的钢一混凝土箱形结合梁，丰富

2、了斜拉桥的结构形式，为今后斜拉桥设计提供了新的思路。在课题研究中还解决了体外索压重、钢锚梁锚固、结合面耐久性设计等一系列技术难题。2．4．3港桥连接段海堤工程东海大桥海堤工程是我国第l条在外海深厚软基上填筑的集拦海大堤、堤防工程和高速公路为一体的综合性工程。海堤全长1220m，与大乌龟岛和颗珠山岛相接，位于开放式海域，自然条件恶劣，水文条件复杂。受岛礁效应影响，海堤区域水深变化大，泥面标高平均为一6．5m一一10．0m(85国家高程，下同)，近大乌龟岛侧泥面标高更深，达一17．0。一22．0m，堤身填筑高度为14—29m，需杨志方上海同盛大桥建设有限公司要大量土石方填筑；

3、泥面下普遍存在着淤泥质软弱土层，强度低、压缩性高，局部区域软土层厚度达50m以上。工程采用塑料排水板处理深厚软土地基，实现了高回填筑堤和满足了高速公路使用等要求，是传统地基处理技术在应用上的突破，其创新点是将传统的、常规的地基处理技术成功地运用于特殊的、超常规的项目中，拓宽了传统技术的使用范围，核心内容是超长塑料排水板固结效果的研究，以及对稳定、沉降的影响。通过合理的设计、控制分级填筑荷载，使加载速率与地基的剪切强度相适应；通过分析海堤地工监测数据来指导施工、研判地基固结情况、预测工后沉降、验证设计等。2．5通航孔船撞防护系统设计通航孔处船舶通行频繁，有可能发生船舶撞击桥

4、墩的事故，万一桥梁遭船舶撞击受损，后果将不堪设想。除要求加强航运管理外，通过对桥墩防撞系统的专题研究与科学试验，对主、辅通航孔的防撞措施提出了多种方案，其中有漂浮式、固定式等多种形式。考虑到本海域潮差与风浪较大，固定式具有位置确定、不受潮位影响、警示明确等优点，最终采用了固定式防撞系统。其中：斜拉桥主玺=般戴面主q·立砸主月墼t心皿{回55萝o翻默么熊憋吣皿缩缝Z≥焉9缩缝么l。盛高通航水位+4．02m]J．●∥

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6、’＼≮空‘皿并叫、荫IJ图4主通航孔布置一23—万方数据·上海建设科技2005年第6期·(1)主通航孔：顺流向防撞结构与桥墩分离设置，当

7、遭遇较大撞击时，防撞设施与桥墩基础共同参与抵抗撞击。(2)辅通航孔：首次提出并采用了承台施工围堰与防船撞设施一体化的消波力套箱防护方案，减少了工程投资。钢套箱可消能30％。考虑到承台加防撞设施以后，防撞设施同样受到波浪力的作用，并最后传递到桥梁承台，由桥梁基础承受。为了减小基础承受的波浪力、水流力，采取在防护箱外壁上开孔等措施。试验表明：加防护箱结构的波浪力、水流力接近裸承台结构的数值。有限元计算结果显示，防撞设施在波浪力和重力作用下，应力值未超出钢材的允许应力范围。钢套箱结构见图5。图5钢套箱结构示意护栏和集装箱车辆的有限元模型，考虑了集装箱车辆的鞍座在车辆与桥梁碰撞时

8、的作用效果，用数值方法模拟分析各种尺寸护栏受重型车辆撞击的过程，同时也进行了规范规定的荷载作用响应计算。分析结果为：(1)在碰撞过程中，集装箱车辆产生了较小的倾斜角，但很快就恢复了正位。碰撞过程中不会产生列车倾覆现象。(2)护栏应变小于材料应变，结构具有较好的延展性。(3)车辆首先是车头撞上栏杆，然后车头略微偏出，车尾撞上栏杆，车身沿栏杆滑行，最后基本与栏杆平行滑行，车速降低一半左右。虽然瞬间碰撞力较大，但衰减很快，等效静力比估算值略小。结果表明，东海大桥所选用的护栏在设计条件下耐撞性能好，结构安全。其车辆撞击护栏过程模拟见图6。2．6桥面防撞栏杆分析东海大桥投入使用后，

9、因车辆故障或驾驶失误，导致车辆撞击护栏的事故不可避免。事故发生后，被撞栏杆不垮是保证行车安全的首要条件，而且既要防止因主体结构破坏导致车辆翻出桥面掉人大海，又要阻止车辆撞击护栏反弹至车行道造成二次事故。因此，东海大桥采用了刚、柔性混合护栏，即护栏下部设计成刚性混凝土护墙，防止小车钻出护栏或被反弹回来；上部采用柱一梁栏杆，每隔3m设1道立柱，立柱上均匀设置3道纵梁，采用书114mm钢管(材质：Q345qc钢或M日当450钢)，使结构图6车辆撞击护拦过程模拟具有较好的延展性，降低大车撞击所产生的作用3结语力，避免车辆弹回。为有效防