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    破解异型系杆拱桥的设计、施工难题

    2020-12-01    作者:admin  阅读:52次

    南京南部新城坐落南京主城区东南方向。承天大路处在南京南部新城南北展开轴线上,全长约2.49km。承天大路跨外秦淮河大桥(以下简称承天大桥),是承天大路的操控性节点工程。南侧引桥下穿京沪高铁、仙西联络线,北引桥和绕城公路相交而过。承天大路工程是南京市“三年打通断头路”的重要工程,也是南京南部新城的“主城之门”,对缓解卡子门、双桥门立交拥堵,改进主城东南部路网,推动新城制作具有重要意义。

    重要的交通节点

    承天大路北起应天东街、南至江宁区界。路途全体呈南北走向。路途自北向南与应天东街、机场路,机场二、三、四、五、七路,绕城公路、地铁五号线试车线、秦淮河、规划宁芜货线、仙西联络线、京沪高铁、土城头路穿插。

    图1桥位安置图

    因为大桥所在河段弯曲弯曲,并且既有跨河桥梁很多,依据防洪防汛的需求,并结合水利设备制作的需求,该桥选用了一跨过河桥跨安置规划,满意了各方的需求。承天大桥全长约157m,红线宽42m,拱高分别为46m和35m。结构类型为下承式空间多索面异型系杆拱桥、钢结构总重约7500吨。北侧引桥上部结构选用预应力钢筋混凝土箱梁,南侧引桥上部结构为预制小箱梁,人非桥上部结构选用钢箱梁。

    大桥于2018年10月正式开工,2018年12月完结两岸主墩桩基施工,2019年4月完结下部结构施工,2019年10月开端进行水中支架搭设,2019年12月26日主箱梁已迁延就位,2020年5月底完结大桥主体施工并撤除水中支架,现在正在展开大桥二层慢行体系及桥梁隶属设备的施工。

    图2承天大桥效果图

    聚山水之灵气

    承天大桥,横跨秦淮河边,南侧穿越京沪高铁,北侧紧邻绕城公路,联接城市CBD和生态公园,是南部新城重要门户和城市地标。

    南部新城位居“将军山”“方山”“青龙山”“紫金山”4座山峦的中心,得天独厚的地理方位,给了该桥规划以充沛的构思,将四山的剪影交汇于此,演化出桥的主体结构。大桥的4个三角拱标志会聚的4座山,赋予了承天大桥安稳的结构和充溢张力的形象。活动的线条漂浮于秦淮河上,远远望去,“如画山水”。承天大桥的概括连续了南部新城完好而跃动的城市天际线,为城市景象增加新高潮。

    图3山水容纳的承天大桥

    承天大桥立异选用双层人非结构,人行、非机动车、机动车在这里被有用地隔脱离,互不搅扰。上层通道给行人供给安全舒适的步行环境、歇息座位以及全景象景台,行人能够赏识到外秦淮河全景;基层通道给非机动车供给高效、安全、视界开阔的骑行环境,一起无阻挠欣赏秦淮河风景。

    图4双层人非结构

    承天大路桥梁沿线串联机场跑道公园、预留白地、河头湿地公园等多个城市公园绿洲和公共活动设备,运用全体景象的规划办法,将承天大路桥梁打构成一条贯穿南北、串联城市各个重要功用的生态绿线,一条缝合城市空间的“生态绿线”,还城市以“绿水青山”的南北轴线,发明一个立体、迷人的立体城市慢行空间。承天大桥是两岸景象的连续,联接了被路途、河流堵截的城市空间,这条总长达1.3公里的大桥,不只满意了交通通行,一起也是一个立体线性公园,在这里能够登高远望,欣赏秦淮风景、充溢生机的城市生态公园、摩登的城市天际线……

    图5承天大桥全景图

    规划难点及特征

    为完结大桥规划的美学构思和理念,经各方多轮研讨、琢磨,终究确认了承天大桥选用空间多索面刚性系杆拱结构,主桥为单孔157m,主拱选用钢箱拱,主梁选用正交异性板扁平钢箱梁,桥面宽度为42m。主桥为非对称拱桥,拱肋选用四边形钢箱拱,经过包封板外观构成六边形异形拱肋,拱轴线选用直线、圆曲线组成。

    该桥为异型系杆拱桥,在实践工程中具有外观新颖、造价合理的特色。首要结构特色为:下承式空间三索面;异型非对称拱轴线;无横撑内歪斜靠式拱肋;主梁选用扁平钢箱梁,剪力滞效应显着。

    其结构首要长处为:结构方式为拱-梁无推力组合体系,下承式系杆拱桥,有用下降了桥梁对地基和根底的要求;桥面系首要接受弯矩,吊杆将效果在桥面上的荷载传递到拱肋,具有非保向力效果,进步了拱结构的横向安稳性;拱肋方式多变,造型美丽,充沛使用了资料功用,一起极具韵律、动态之美,是今世桥梁力学与美学的高度调和。

    其首要的难点以及应对办法如下——

    选用多种核算模型验证结构安全性

    选用空间有限元软件midasCivil对该桥进行单梁模型和梁格法核算,经过多方面比照,保证结构强度、刚度及安稳性方面均满意结构安全需求。一起为后续我国相似杂乱结构桥梁的规划、制作供给必定的学习。

    图6midasCivil有限元模型

    拱拱交接处以及拱梁交接处节点规划

    该桥规划的难点和要点之一便是拱肋之间的联接,经过专家的层层把关,终究规划为拱肋与拱肋交接处结构板之间焊接,内部经过共用横隔板与腹板完结刚性联接,在不损害计划外观的状况下,保证结构的联接强度。

    拱肋与钢主梁的联接是该桥规划中的另一个难点。在拱肋与钢箱梁交接处,拱肋侧板深入主梁与主梁顶底板及横隔板进行熔透焊接,一起拱肋顶底板与箱梁顶板熔透焊接,经过加劲与钢主梁完结刚性联接。

    吊杆与拱、梁交接点的规划

    吊杆上下吊点均选用吊耳方式,上耳板与钢箱拱内部隔板一一对应,与拱肋底板焊接;下耳板伸入钢主梁箱室,经过加劲肋完结联接,保证结构安全的前提下最大极限下降施工难度。

    桥面铺装与防腐的体系规划

    因为桥梁的特别结构和功用的原因,本次桥面体系规划远比惯例桥梁要杂乱得多,因而,桥面铺装规划也是一个难题。经多计划研讨比选,结合南京三桥、南京四桥以及南京眼步行桥的最新研讨效果,构成的终究计划为——

    1.中分带、侧分带:环氧富锌漆涂装+溶剂型橡胶防水粘结层+80mm富沥青砂(撒预拌碎石);

    2.机动车道:溶剂型橡胶防水粘结层+3.5mm浇筑式沥青混凝土+4,5mm高弹改性沥青混凝土;

    3.基层非机动车道:0.5mm环氧树脂防水防腐涂装+4mm环氧树脂陶粒铺装基层+6mm环氧树脂陶粒铺装上层;

    4.上层人行道:0.5mm环氧树脂防水防腐涂装+6mm环氧树脂陶粒铺装层。

    本专项规划将钢结构防腐、桥面排水、桥面铺装作为一个体体系筹研讨,集成应用了国内近年来的最新效果,很好地处理了桥面铺装的问题。

    耐久性规划

    大气环境及大气污染对金属结构易构成腐蚀,腐蚀问题是金属结构的大敌。关于钢箱梁计划,钢箱梁中钢结构在斜拉桥结构中属首要受力结构,更要高度重视防腐问题。防腐规划是延伸桥梁使用寿命、节省维护费用和优化桥梁景象的重要途径。因而,该桥在耐久性规划方面,比照国内多座钢桥的涂装计划,规则具体的涂装场所要求、工艺要求、质量及检测要求,满意景象需求的前提下一起满意耐久性要求。

    抗震规划

    该桥在抗震规划方面,具有清晰的核算简图和合理的地震效果传力途径,具有必要的抗震承载力,杰出的变形才能和耗费地震能量的才能。对或许呈现的单薄部位,采纳办法进步抗震才能,构件结构尺度、钢筋装备按抗震标准要求规划,选用球形抗震支座,一起设置阻挠梁墩横桥向相对位移的结构,以阻挠梁墩间在地震力效果下发生的相对横桥向位移。

    抗风规划

    抗风规划中,气流绕过一般非流线型外形的桥梁结构时,会发生涡旋和活动的别离,构成杂乱的空气效果力。当桥梁结构的刚度较大时,结构坚持静止不动,这种空力量效果只相当于静力效果;当桥梁结构的刚度较小时,结构振荡得到激起,这时空力量不只具有静力效果,并且具有动力效果。该桥结构刚度较大,空气效果力较小。在抗风细节规划中,拱肋结构外缘选用六边形断面,能有用操控风振影响,一起吊杆选用外层PE外外表需环绕凸出的双螺旋线,以削减风雨激振对吊杆的影响。

    施工进程

    大桥的施工难点来源于两个方面。

    榜首,外秦淮河是通江河,是南京主城最重要的防汛“保护神”。每年的5月至9月,是南京首要的汛期,这个阶段不允许在河道中设置任何有碍行洪的妨碍。因而,大桥的水上施工时刻也只要从每年的10月份至来年的4月份这短短的7个月时刻。

    第二,大桥结构杂乱,构建尺度多、断面改变大,其加工因而而变得难度极大。一起,构建运送条件差而导致工厂化生产条件下降,现场组装焊接的作业量加大。而作为一个景象桥,其构建加工及组装精度要求又相对更高。

    针对上述困难,参建各方展开“产学研”研讨,采纳具有立异性且厚实的有力办法,逐个破解难题,保证工程有序推动。

    图7撤除水中支架后大桥全貌

    首要,施工计划研讨与规划计划同步跟进、互相合作,完结规划、施工无缝联接。

    在规划全体计划根本安稳的一起,参建各方即同步跟进,依据现场各种条件,进行施工计划的研讨和比选,终究确认了“使用汛期完结钢箱梁陆上运送和支架上组装作业,使用一个枯水期完结水上支架搭设、钢箱梁全体顶推就位、钢箱拱节段水上运送装置并终究成桥的全体计划”。在这个计划的辅导下,规划单位活跃合作,在施工图规划阶段充沛考虑其对施工的影响,在保证安全、标准的前提下,不断优化规划,为施工发明了有利的条件。

    其次,杰出“才智+”形式,广泛选用BIM技能,破解杂乱结构加工制作装置难题。

    承天大路跨外秦淮河桥造型美丽但结构极为杂乱,拱肋选用六边形结构,拱与拱、拱与梁错综穿插,在厂内加工难度极大。针对特别结构,有必要选用特别办法。项目选用优异的规划团队及专业的技能人员相对接,结合工程特色和现场实践,使用BIM技能,重复研讨、比较最优组装计划;以最优组装计划确认制作加工计划,科学拆解全体结构,深化细化板单元的制作加工图纸。一起选用优异的作业班组及经验丰富的现场管理人员,统筹策划、优化施工安排,完结规划与加工的无缝联接,极大地进步施工功率,节省了建构本钱。

    该桥梁跨度大(157m)、桥面宽(42m)、吨位重(7500吨)、非惯例造型,且现场所形杂乱,支架规划难度大,施工危险高。项目立异选用“梁拱别离法”施工工艺,在具体查询现场状况的根底上,充沛考虑钢结构节段区分、吊装才能、通航要求等要素影响,打破分岸上支架、水中支架、拱肋支架等多个难点,并构成工艺工法,有用下降施工安全危险及支架规划难度。终究,成功完结157m钢箱梁全体顶推,高质量地保证了全体工期的完结。

    该桥的拱肋为非对称结构、空间歪曲,线形操控难度大。项目屡次与监控单位一起建立技能攻关小组,对钢结构组装关键技能进行攻关研讨监测。一起使用三维模型及空间丈量模仿,深化规划,选取最佳组装次第及工况,对拱单元进行科学分段,选定空间方位参数,提高现场组装精度,保证结构线型满意规划要求。

    图8精细化三维模型辅导施工

    最终,以一次张拉为方针,精确收集现场结构各类参数,重复演算支架撤除前后的受力改变成果,科学确认张拉力及张拉次第,真实完结了一次张拉到位。经检测,梁、拱线性和索力均满意规划要求。