盧浦大橋和東海大橋

1、上海盧浦大橋與東海大橋林元培(上海市政工程設(shè)計(jì)研究院)二十一世紀(jì)初，上海建成了兩座國際水平大橋：上海盧浦大橋及東海大橋。、上海盧浦大橋工程 一、項(xiàng)目背景上海盧浦大橋?yàn)辄S浦江上的橋梁?？鐝?50m，須一跨過江。盧浦大橋不僅是交通工具，它既要體現(xiàn)人文景觀，又要體現(xiàn)當(dāng)代科技成就?？赡苡械姆桨笧樾崩瓨颉宜鳂?、拱橋。1999年上海盧浦大橋方案投標(biāo)，拱橋方案中標(biāo)。二、設(shè)計(jì)理念1、拱橋構(gòu)造當(dāng)前國內(nèi)水平：跨度420m的萬縣長江大橋1997年建成，為混凝土拱橋。推力太大不宜建在上海軟土地基上。當(dāng)前國際水平：過去500m左右的拱橋形式均為桁架拱，桿件小而多。如1977年建成的美國新河谷橋，主跨518m。1932

2、年建成的澳大利亞悉尼海灣橋，主跨503m。桁架拱橋起源于30年代，受到起重能力限制，構(gòu)件輕而多，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)煩瑣，線條不夠簡潔，造型不夠美觀。 新河谷橋 悉尼海灣橋近年來，起重能力可達(dá)500噸，鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場焊接能力迅速發(fā)展，本設(shè)計(jì)適應(yīng)這個(gè)潮流，將構(gòu)件設(shè)計(jì)成全焊箱形構(gòu)造，使得構(gòu)件大而少，用鋼指標(biāo)經(jīng)濟(jì)，施工速度快，線條簡潔。盧浦大橋決定采用全焊鋼結(jié)構(gòu)箱形拱橋，造型簡潔流暢，跨度550m為世界跨度最大拱橋，也是上海世博會(huì)地區(qū)標(biāo)志性建筑之一 。為加強(qiáng)側(cè)向穩(wěn)定、簡化構(gòu)造，盧浦大橋主拱呈提籃式的空間結(jié)構(gòu)型態(tài)。 上海盧浦大橋結(jié)構(gòu)跨度550m，矢跨比1：5.5，拱斷面寬度5m，拱斷面高度6m90m，通航凈高46m。

3、2、軟土地基上建造的超大跨度的拱橋盧浦大橋采用中承式系桿拱橋橋型，主橋兩邊跨端橫梁之間布置16根水平拉索，以平衡中跨拱肋近2萬噸的水平推力。水平拉索長達(dá)761米，單根拉索重達(dá)110噸。 結(jié)構(gòu)體系為結(jié)構(gòu)安全，每根鋼束可更換，為施工上的可操作性，將其中 8根設(shè)在箱梁內(nèi)， 8根設(shè)在橋面上。即使橋面上 8根遭到意外而損壞，箱內(nèi) 8根仍可使結(jié)構(gòu)保持在極限狀態(tài)而不垮，便于搶修。盧浦大橋橫斷面3、施工控制(1)必須實(shí)現(xiàn)由斜拉體系轉(zhuǎn)換到拱橋體系，保證結(jié)構(gòu)體系安全轉(zhuǎn)換。(2)在斜拉安裝中，一般臨時(shí)索采用常規(guī)的安全系數(shù)，而最后一根索保留適當(dāng)大的安全系數(shù)，這樣可排除各種干擾（如構(gòu)件超重等準(zhǔn)確地控制拱軸線線形）。最后

4、實(shí)際線型與理論線型相差2cm。4、風(fēng)險(xiǎn)分析盧浦大橋跨度550m和巨型閉口箱形斷面構(gòu)造前所未有，這是風(fēng)險(xiǎn)，但是我們在二個(gè)重要問題上是有信心的(1) 結(jié)構(gòu)總體穩(wěn)定安全系數(shù)為2.3，局部穩(wěn)定由實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)證明亦是安全的。(2) 拱段的安裝采用斜拉施工工藝，對設(shè)計(jì)與施工來說是經(jīng)過千錘百煉的。我們判斷如果這兩個(gè)問題不出意外，則其他問題都是做過細(xì)工作的問題，不至于導(dǎo)致失敗。三、施工工藝 集成剛構(gòu)橋、斜拉橋和懸索橋施工工藝技術(shù)建造本橋。1、運(yùn)用剛構(gòu)橋施工技術(shù)形成三角形體系。2、用斜拉橋施工方法，安裝主拱。 3、引進(jìn)懸索橋的貓道法安裝超長、超重水平索的安裝與張拉，16根水平索預(yù)制平行鋼絲索，長761m，重110

5、t，索徑為18cm。4、結(jié)合盧浦大橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，施工單位負(fù)責(zé)研制設(shè)計(jì)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的架橋設(shè)備。(1) 主拱吊機(jī)。(2) 拱上橋面吊機(jī)。 5、成功實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場焊接質(zhì)量控制。 拱肋焊接預(yù)熱 防風(fēng)、防雨措施 6、合龍措施：一端栓接一端焊接，合龍溫度：20，降溫合龍輔以少量外力的頂推方法。四、科學(xué)研究1、提出新的閉口薄壁單元?jiǎng)偠染仃嚕糜诒R浦大橋的總體穩(wěn)定計(jì)算。盧浦大橋是閉口薄壁結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有的非線性薄壁構(gòu)件有限元理論和程序都是開口的，本研究應(yīng)用烏曼斯基假定，推導(dǎo)出新的閉口薄壁單元?jiǎng)偠染仃?，并進(jìn)行程序編制，用于盧浦大橋的總體穩(wěn)定計(jì)算。應(yīng)用于盧浦大橋的計(jì)算結(jié)果：由本研究按第二類穩(wěn)定計(jì)算的最小安全系數(shù)為 2

6、.3。此外，考慮到存在制造誤差和焊接殘余應(yīng)力，因此必須用局部穩(wěn)定試驗(yàn)確認(rèn)其安全度，箱拱縮尺模型 (1:4)試驗(yàn)表明: 大橋是安全可靠的，能滿足正常運(yùn)營的的要求。2、抗風(fēng)研究。(1) 提出盧浦大橋橋位地形模型的風(fēng)環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)和盧浦大橋橋位風(fēng)速采用多個(gè)氣象站風(fēng)速統(tǒng)計(jì)方法。(2) 提出橋梁渦振的概率性評(píng)價(jià)方法和渦振等效風(fēng)荷載計(jì)算方法。 3、抗震研究。(1) 主橋結(jié)構(gòu)的抗震研究采用二水平設(shè)防，二階段設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思想。(2) 大橋中橫梁上的支座處設(shè)置減隔震裝置方案進(jìn)行了研究。經(jīng)調(diào)研后決定采用粘滯阻尼器。 五、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益盧浦大橋通車以來，日平均交通量達(dá) 7萬輛以上，有效的緩減了上海市區(qū)南部的越江交通。盡

7、管過橋不收費(fèi)，然而每年為國家創(chuàng)造 2.37 億實(shí)際經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 在500800m跨度的橋梁方案中，斜拉橋幾乎是唯一的方案。盧浦大橋以拱橋取代斜拉橋取得成功，由于它的造型優(yōu)美、指標(biāo)經(jīng)濟(jì)與地基不受限制的優(yōu)點(diǎn)，可以看到未來拱橋?qū)⑹切崩瓨蛴辛Φ母偁帉κ帧?004年獲美國國際橋梁協(xié)會(huì)頒發(fā)的EUGENE FIGG JR.獎(jiǎng)。、上海東海大橋工程一、項(xiàng)目背景東海大橋工程是上海國際航運(yùn)中心的洋山深水港（水深 16m）的重要配套工程。工程起始南匯蘆潮港，跨越遼闊的杭州灣北部海域，至洋山港區(qū)一期交接點(diǎn)，全長約32.5km。二、設(shè)計(jì)理念大橋建設(shè)必須與港區(qū)建設(shè)同步完成。施工周期為 3年半，但海上作業(yè)每年只有 180天工作

8、日，施工工藝必須成熟可靠。不是結(jié)構(gòu)決定施工工藝，而是施工工藝決定結(jié)構(gòu)布置。結(jié)構(gòu)耐久性、水流波浪、防撞將是設(shè)計(jì)中重點(diǎn)。三、大橋總體布置東海大橋總平面布置圖東海大橋總立面布置圖四、結(jié)構(gòu)布置與施工工藝 1、非通航孔連續(xù)梁總體布置與施工工藝 50m連續(xù)梁，標(biāo)準(zhǔn)一聯(lián)為 7跨。 60m 連續(xù)梁，標(biāo)準(zhǔn)一聯(lián)為 6跨。 70m連續(xù)梁，標(biāo)準(zhǔn)一聯(lián)為 5跨。近蘆潮港側(cè) 50m跨連續(xù)梁采用移動(dòng)支架逐跨現(xiàn)澆施工；近大烏龜島側(cè) 50m跨連續(xù)梁逐段現(xiàn)澆頂推施工。其余采用整孔節(jié)段預(yù)制，簡支架設(shè)，墩頂現(xiàn)澆節(jié)段形成連續(xù)梁的方法施工。 2、副通航孔連續(xù)梁總體布置 1000噸級(jí)副通航孔跨徑布置為80+140+140+80m，通航孔凈高

9、25.0m。500噸級(jí)副通航孔跨徑布置為70+120+120+70m，通航孔凈高17.5m。500噸級(jí)副通航孔跨徑布置為90+160+160+90m，通航孔凈高17.5m。副通航孔連續(xù)梁采用節(jié)段懸臂澆筑的施工方法。3、主通航孔斜拉橋總體布置與施工工藝 5000噸級(jí)主通航孔斜拉橋孔跨布置為 73+132+420+132+73m，全長830m， 為雙塔單索面鋼箱混凝土結(jié)合梁斜拉橋。通航孔凈高 40m，橋面寬 33m（比標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)捈哟?1.5米）。加勁梁采用節(jié)段拚裝的施工方法。 4、樁基礎(chǔ)采用鋼管樁基樁、承臺(tái)采用混凝土套箱工藝 五、科學(xué)研究 1、總體設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究東海大橋車輛荷載論證 經(jīng)綜合分析，確

10、定了東海大橋的設(shè)計(jì)校核荷載，即按汽車超20級(jí)設(shè)計(jì)，掛車120 驗(yàn)算，并以集裝箱拖掛車重車密集型排列（前后車輛軸距為10m）進(jìn)行校驗(yàn)。2、基礎(chǔ)波浪、水流作用研究東海大橋海洋水文條件復(fù)雜，因此對于工程海洋水文條件、波浪、水流對橋梁基礎(chǔ)作用的研究就顯得尤為重要。通過科學(xué)研究，使大橋的設(shè)計(jì)可靠性更有保證，既確保了大橋的安全和正常營運(yùn)，也使大橋設(shè)計(jì)更為經(jīng)濟(jì)合理。百年一遇潮：H=3.73m；水流：約2m/s；百年一遇波：H1%6m，T=8.8s,L=89.6m。3、結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)研究4、主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究5、船撞防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究6、橋面防撞欄桿專題研究主要試驗(yàn)內(nèi)容：·單直樁與斜樁的波流力模

11、型試驗(yàn)。·群樁波流力模型試驗(yàn)。·樁基套箱的波流力模型試驗(yàn)。·樁基承臺(tái)的波流力模型試驗(yàn)。·海洋動(dòng)力環(huán)境模擬。3、結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)研究東海大橋工程位于條件較惡劣的海洋環(huán)境中，針對不同的結(jié)構(gòu)，不同的材料，所處的的環(huán)境，制定了一套完整、完全、經(jīng)濟(jì)、合理的防腐蝕措施，以有效全面抑制腐蝕，達(dá)到設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期 100年的要求。制定了高性能混凝土原材料、配合比、生產(chǎn)、施工等技術(shù)要求，以指導(dǎo)現(xiàn)場施工。經(jīng)試驗(yàn)室試驗(yàn)、現(xiàn)場抽樣試驗(yàn)及實(shí)體試驗(yàn)構(gòu)件上取樣試驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 主要措施：(1) PHC樁 采用高性能混凝土鋼筋保護(hù)層纖維增強(qiáng)復(fù)合層包覆樁內(nèi)混凝土填芯。(2) 鋼管樁

12、 犧牲陽極的陰極保護(hù)法（35年更換）重防護(hù)涂層（1100m,壽命10年）樁內(nèi)混凝土填芯預(yù)留鋼管樁腐蝕量（7mm）。 施工臨時(shí)陽極塊壽命 2年。(3) 鉆孔樁摻合料混凝土鋼護(hù)筒鋼筋保護(hù)層。 (4) 承臺(tái)、墩柱與主梁高性能混凝土鋼筋保護(hù)層。浪濺區(qū)墩柱外表面采用防水涂料。(5) 斜拉索： 拉索鋼絲為鍍鋅鋼絲，單根拉索外裹熱擠高密度聚乙烯護(hù)套，采取密封措施，防止積水。(6) 其它支座采用三重防腐方案：“耐候鋼（有09CuPCrNiA、15CrCuMn、ZG20Mn三種）金屬噴涂重防腐涂裝”的防護(hù)體系。伸縮縫主體、欄桿采用熱浸鍍鋅防腐措施。暴露試驗(yàn)站:為了長期監(jiān)測這些具體措施的實(shí)際效果，為采取合理的維護(hù)

13、措施提供重要的依據(jù)，并為我國海洋工程結(jié)構(gòu)防腐蝕積累經(jīng)驗(yàn)和參數(shù)。擬在橋線所經(jīng)過的大烏龜島西端北側(cè)建立暴露試驗(yàn)站。暴露試驗(yàn)站作為整座大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)的組成部分，列入長期監(jiān)控計(jì)劃中。小洋山島顆珠山島暴露試驗(yàn)站位置大烏龜島4、主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究(1) 非通航孔橋設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)非通航孔橋規(guī)模大（占海上橋梁90）、時(shí)間緊、難度高。通過多方案的論證比較，采用了大型預(yù)制構(gòu)件陸（島）上預(yù)制，海上整體吊裝（最大吊重2000t）的新技術(shù)。通過科研，解決了大型預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸、海上安裝定位、調(diào)整、預(yù)制構(gòu)件連接等技術(shù)難題。 (2) 主通航孔橋設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)主通航孔斜拉橋主跨徑達(dá)420m。(3) 港橋連接段海堤工程海堤工程

14、位于港橋連接段的大烏龜島顆珠山島之間，是我國港橋連接段海堤工程在外海深厚軟土筑填，最大填土近 30m，地質(zhì)條件差，經(jīng)科學(xué)攻關(guān)，改進(jìn)塑料排水板技術(shù)處理深厚軟土地基，解決了高路堤地基穩(wěn)定與沉降問題，達(dá)到高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 5、通航孔船撞防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究 通過對通航標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)船型、船舶撞擊力、防撞設(shè)施的多方案分析與試驗(yàn)，首次提出并采用了承臺(tái)施工圍堰與防船撞設(shè)施一體化的消波力套箱防護(hù)方案，減小了工程投資。 帶開洞防撞設(shè)施的流體動(dòng)力計(jì)算模型 施工情況防撞設(shè)施有限元模型 計(jì)算結(jié)果6、橋面防撞欄桿專題研究東海大橋?yàn)楦蹍^(qū)專用道路，荷載特殊，為確保車輛行駛安全，對防撞欄桿進(jìn)行了專門研究。對集裝箱車輛的車型、總重量的調(diào)研，對防撞欄桿標(biāo)準(zhǔn)的論證及對防撞欄桿形式的比較與用規(guī)范