大跨度桥梁结构的主动设计

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1、，3l。大跨度桥梁结构的主动设计刘安双(林同校国际(重庆)工程咨询有限公司)摘要：提出桥梁结构主动设计概念，并以重庆菜园坝长江大桥和重庆石板坡长江天桥复线桥为依托，阐述两座世界级桥梁的设计理愈，分别阐述毒动设计在两座桥上的运用，恿结若优点以及推广使用的广泛性，充分提高设计7卜平以及桥梁施工的可控性。关键词：主动设计主动控制组合设计Y形刚构1主动设计设计}昆凝土结构由于自身重量等原因限制了桥梁结构跨度的发展，钢结构由于建设期投资大以及后期维护成本高等因素，在一般性跨度的桥梁设计中得不到发挥。组合设计结合两者优点，充分发挥各自潜

2、力，提高桥梁结构效率。在重庆菜园坝长江大桥和重庆石板坡长江大桥复线桥设计中，采用了“组合设计”理念，同时为了便于施工过程控制以及后期变形控制，采用了“主动设计”理念。因此两座桥的设计理念为“组合设计”和“主动设计”。组合设计：以结构体系组合、材料组合达到结构的高效率和提高材料使用效率，从而使结构合理、造价经济。主动设计：在设计中通过结构自身的设计，完成结构本身的内力及线性的调整。在施工过程中，桥梁结构内力和线性都能够得到控制，在成桥时桥梁结构达到理想的受力状态和理想的线性，调整后期变形。2工程概述重庆菜园坝长江大桥工程采用了

3、刚构与提篮式钢箱系杆拱、板桁梁组合的结构体系，桥梁总长800m，其中主跨420m，对称布跨的边跨和侧跨分别为102m及88m(见图1)。主桥设六线行车道、双线城市轻轨加双侧人行道。六车道及双侧人行道设在桥面上，双线轻轨设在主桥桁梁下横梁上，构成双层特大公轨两用桥。重庆石板坡长江大桥复线桥采用长联大跨径混凝土刚构一连续组合梁桥，桥跨布置为87．75m4-4×138m+330m-F133．75m，梁总长1103．5m(见图2)，单向四车道，桥面全宽19m。5、7号墩为双薄壁桥墩，1～4号墩采用空心薄壁单墩。0号和8号桥台设置滑动

4、支座，1号和2522号墩顶设置滑动支座，其余桥墩均为墩梁固结。主跨330m跨中108m采用钢结构，其余均采用预应力混凝土结构。800l、_l_凝土形刚构62枯水位1飘瓣一I-Yj彭刚构■／图1菜园坝长江大桥总体布置混凝土箱梁钢箱梁混凝土箱粱75075一．108—2447587．75．138．138138．330．13375蚪磊k～摹～b罂兢_*fftl64．撕1501驾『f老轿‘，奄m删心捆J中心纵1J_lJ_丫上IIII!IIIIIIIILIItdI寸3m-一值J一1时一q扩一妯pu廿一一一1甘f'一一一一嚣一一一t攀l一

5、一-I}II‘1图2石板坡长江大桥复线桥总体布置3菜园坝长江大桥主动设计。体系组合设计：预应力混凝土Y形刚构与提篮钢箱系杆拱组合(见图3)。两侧预应力混凝土刚构和中部的320m的钢箱提篮拱。三个相对分离的子结构通过中跨拱肋系杆索及边跨刚构系杆索连接成420m的系杆拱。一{!三：______ll『『_孝一图3预应力混凝土Y形刚构与提篮钢箱系杆拱组合253主动设计：预应力混凝土Y形刚构主动设计(见图4)，主要由边跨系杆、边墩、墩顶竖向拉杆、千斤顶等构成。主动设计主要功能就是主动控制施工各工况构件协调，控制刚构、主墩内力和位移。在

6、施工过程中，多次调节系统以满足结构内力需要。主动设计工作原理(见图5)水平系杆调整悬臂内力，竖向拉杆调整主墩内力，自重作用下可调整T及V拉力使边墩内力矩理论为“零”，同时通过系杆张拉或千斤顶顶升，可调控前悬臂的位移，为菜园坝大桥主拱准确合龙提供手段。边跨系杆索、边墩竖向拉杆以及后悬臂预应力混凝土构件组成桁架节点，在此节点处受力特点为构件只产生拉压力，通过测试任意一个力的大小，都可以通过几何关系计算出另外两个力，同样可以通过控制其中一个力的大小，达到控制另外两个力的目的。⋯、骚淤彩慢}图4刚构主动设计图5主动设计工作原理菜园坝

7、长江大桥由于大桥施工过程复杂，体系多次转换，大桥在施工期间所形成的典型的结构体系主要有：(1)带双悬臂的Y形预应力混凝土空间刚构体系。(2)由Y形预应力混凝土空间刚构与边墩、交界墩、边跨系杆及边跨钢桁梁组成的大桥边孔体系。(3)由大桥边孔体系与临时扣索塔架、临时扣锚索及悬臂钢箱拱所形成的拱肋悬拼体系。(4)由大桥边孔体系与临时扣索塔架、临时扣锚索、钢箱拱及吊杆、中跨悬臂钢桁梁所形成的中跨钢桁梁悬拼体系。．(5)由大桥边孔体系与钢箱拱、吊杆、中跨钢桁梁及中跨系杆所形成的成桥体系。刚构作为主受力构件，主动设计理念的实施，整个结构

8、内力始终确保在设计范围内调整。结合施工阶段的结构受力，主动控制体系作了多次调整：(1)后悬臂与边墩顶合拢，张拉边跨系杆到16368kN，使前后悬臂托架，形成刚构体系。(2)边跨桁梁就位，张拉边跨系杆32036kN，边跨桁梁形成。(3)主拱安装合龙，中跨主梁安装10号段，第三次张拉边跨系杆至