秘魯某地區(qū)雙道橋梁方案選擇

秘魯某地區(qū)雙道橋梁方案選擇

1主跨中跨線橋型挪威西岸的奧斯托爾市有許多島嶼。該市是挪威漁業(yè)飼養(yǎng)加工工業(yè)的重要城市之一。兩個(gè)主要的島嶼是Huftary和Selbjrn。1979年采用自由懸臂方法修建了主跨為212m的橋,將兩島連通。最近,為了連接Austevoll的其他島嶼,修建了兩項(xiàng)工程,其中之一連接Stolmen和島。該工程由1800m新路組成,并包括總長(zhǎng)467m、主跨301m的Stolma橋。在工程的早期階段,業(yè)主研究了通道的不同方案,包括懸索橋、斜拉橋、自由懸臂橋梁和水下隧道?？紤]經(jīng)濟(jì)性,選擇了自由懸臂橋梁方案。承包商對(duì)這種橋型的施工方法和所需設(shè)備非常有經(jīng)驗(yàn),最終決定采用301m的大跨徑。1995年簽訂設(shè)計(jì)合同,其內(nèi)容包括初步設(shè)計(jì)、招標(biāo)文件、結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)圖紙。2技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究橋梁的主要技術(shù)指標(biāo)是單車道、一塊板,總寬6.5m。然而由于橫向風(fēng)載的影響,寬度需增至這樣橋梁就建成雙車道一塊板。路線經(jīng)優(yōu)選,以降低橋梁的總費(fèi)用,以及找到審美上的最佳效果。然而,由于Selbjrn岸的水下條件,以及Stolmen岸存在石器時(shí)代遺址,限制了其可能性。所給出的橋梁縱坡經(jīng)過(guò)特殊的考慮。兩個(gè)島嶼的不同高度導(dǎo)致不對(duì)稱的橋梁曲線。此外,兩邊跨均很小,且跨徑不同。選用的方案基于經(jīng)濟(jì)、景觀、審美和歷史的考慮。業(yè)主的自由懸臂橋梁最初方案主跨跨徑為284m。然而岸的柱基于海底,并且發(fā)現(xiàn)以前的地震檢驗(yàn)是很不精確的。由于地質(zhì)原因,主跨跨徑至少需增至300m。因此,需進(jìn)行新的技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究,包括自由懸臂橋梁和主跨約330m、塔位于岸上的懸索橋的研究。懸索橋的研究由挪威道路局橋梁部進(jìn)行。結(jié)果表明,在新的條件下,自由懸臂橋梁仍然是經(jīng)濟(jì)的。選定橋梁全長(zhǎng)467m(圖1),由于風(fēng)載彎曲承載的要求,故需將箱梁截面的底板寬由5.4m增至7m。所有的基礎(chǔ)直接修建在巖石上?；A(chǔ)標(biāo)高:側(cè)為-17m,Stolmen側(cè)為零。后一個(gè)標(biāo)高是由地質(zhì)調(diào)查和計(jì)算來(lái)確定,因?yàn)镾tolmen岸巖石較陡,并存在裂隙區(qū)。兩邊跨設(shè)計(jì)均采用平衡重,Selbjrn側(cè)37m箱梁和Stolmen側(cè)53m填以礫卵石。Stolmen側(cè)邊跨的空間需炸去巖石,邊跨直接與墩柱連接。側(cè)修建較剛的墩柱,以使能在箱梁岸邊先期完成37m后墩柱兩側(cè)自由懸臂55m而與橋臺(tái)連接。這樣就不需昂貴的臨時(shí)墩柱。由于溫度、徐變和收縮引起的主跨軸向變位,要求Stolemn側(cè)設(shè)較柔的墩柱,以避免墩柱的彎曲承載力超載。由于審美的需要,設(shè)計(jì)的兩側(cè)墩柱均顯得較結(jié)實(shí)。梁在墩柱處高15m,跨中高3.5m,其比率為4.3(圖2)。審美原因希望采用較小的比率,但經(jīng)濟(jì)性和重量?jī)?yōu)化是決定性的因素?？绺弑仍谥骺缍罩帪?0,跨中為86,按拋物線變化。墩柱處剪力的90%是由懸臂梁的自重產(chǎn)生的。因此優(yōu)化自重是非常重要的,跨中的182m用輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土(LC60),而橋梁的其他部分采用C65混凝土。3概念設(shè)計(jì)3.1主跨腹板和底板的受力分析所有截面的邊角都作成圓形,其半徑頂板為125mm,底板為500mm。這樣就給出了較柔和的視覺(jué),并減少了風(fēng)載效應(yīng)。在這種情況下,兩澆筑節(jié)段間的幾何不完善也不顯著。底板厚度從墩柱處的1050mm變至跨中的270mm。頂板的厚度則根據(jù)預(yù)應(yīng)力索的數(shù)量來(lái)進(jìn)行調(diào)整,其邊跨為700mm,主跨為440mm。主跨的腹板厚從墩柱處的450mm變至跨中的250mm。墩柱處自由腹板的高度(約13m)超出了挪威這類橋梁的通常范圍。因而,對(duì)環(huán)繞截面的力的分布應(yīng)予以特殊的注意。用有限元分析對(duì)幾何不完善的靈敏度和應(yīng)力進(jìn)行了研究。分析由SINTEF進(jìn)行,其結(jié)果基于傳統(tǒng)的梁理論。極限荷載用非線性材料和非線性幾何效應(yīng)進(jìn)行研究。頂板的后張索由墩柱上的100束變至跨中的零束。主跨的底板為連接懸臂段而安裝了20束。頂板上預(yù)留4個(gè)管道,箱梁內(nèi)部準(zhǔn)備了將來(lái)可能設(shè)置的體外預(yù)應(yīng)力。所有的管道都?jí)簼{。頂板每根后張索的屈服力為3500kN,應(yīng)力為而底板索屈服力為2800kN。由于頂板可用的面積有限,一些索安裝在腹板的頂部,下彎至邊跨底板,以提供抗剪和抗彎能力。邊跨主要問(wèn)題之一是將100束預(yù)應(yīng)力筋分3層錨固在相當(dāng)短的跨長(zhǎng)內(nèi),而仍為頂板提供所需的抗剪能力。邊跨由于剪切和局部彎曲,承受相當(dāng)重的荷載。設(shè)置了橫墻以防止底板和腹板的超載。因此,底板和腹板按沿三邊或四邊支承的板而起作用。由于永久荷載很大,并由于裂縫限制的規(guī)律,故含筋量很高。3.2主體結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)側(cè)的墩柱,空心橫截面,外形尺寸5m×8.2m(圖3)。Stolmen側(cè)的墩柱為了提供所需沿橋軸向的柔度,具有空心的橫截面(圖4)。由于約束力和橫向風(fēng)載下所需的承載力,兩承重墻是高應(yīng)力的。為了審美,兩岸墩柱的外形尺寸相同。內(nèi)墻不同于承重墻,其連接有20mm的間隙寬度。Stolmen側(cè)的橋梁上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),在跨中合龍以前對(duì)邊跨頂動(dòng)75mm。這減少了Stolmen岸墩柱朝主跨方向的變位,其所以需要這樣是由于墩柱很柔。因而其約束力保持在可以接受的較低程度。3.3上板和上板沉井側(cè),預(yù)制沉井,浮運(yùn)至橋梁工地并安裝。外墻厚400mm(圖3),下板和上板分別厚3m和5m。兩板均高配筋,沉井填以礫卵石。沉井的防銹蝕采用犧牲正極的陰極保護(hù)法。沉井和地基間350mm間隙以混凝土填實(shí)。Stolmen側(cè)的基礎(chǔ)不用大體積混凝土,平面尺寸為9.5m×6m,體積為52.5m3。4施工中心橋梁于1996年11月開(kāi)工,總的施工期限約為兩年。4.1混凝土基承載力的檢查側(cè)沉井的第一部分在干船塢中預(yù)制。墻高由所需的浮力決定。一旦達(dá)到了適當(dāng)?shù)母×?浮起沉井,并用爬模來(lái)完成墻體的施工。每施工階段的高度,根據(jù)沉井的重量和穩(wěn)定性來(lái)進(jìn)行調(diào)整。Selbjr完成墻體后,沉井浮運(yùn)到位。那里已挖好了基坑,修建了三個(gè)單獨(dú)的基礎(chǔ)用作初步支承然后沉井填充礫卵石底板和地基間隙填充混凝土。操作由潛水員檢查,并用錄像監(jiān)控。此外,在六處鉆芯,以檢驗(yàn)混凝土的質(zhì)量。4.2量的勞動(dòng)力Stolmen的邊跨和邊跨岸邊首先施工的37m用傳統(tǒng)的地面支架施工。這些構(gòu)件要求用大量的勞動(dòng)力,主要是由于采用高含筋量和預(yù)應(yīng)力錨具。礫卵石控制橋梁的總體穩(wěn)定。其重量經(jīng)檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)高于設(shè)定值。因此需減小重量以避免局部超載。采用這種施工方法,往往會(huì)觀測(cè)到與時(shí)間有關(guān)的約束而引起的裂縫。因此,設(shè)計(jì)的施工階段的鋼筋是由約束力限制裂縫的寬度所確定。4.3施工前的板柱內(nèi),所有板段的澆筑主要節(jié)段是澆筑,一個(gè)節(jié)段的時(shí)間梁的施工采用三個(gè)可移動(dòng)的掛籃。每個(gè)掛籃承載能力約為320t,其自重為95t。每個(gè)掛籃的最大澆筑長(zhǎng)度在5m以內(nèi)。第一個(gè)節(jié)段分三個(gè)步驟澆筑,而懸臂的最后節(jié)段以一個(gè)步驟澆筑。完成一個(gè)節(jié)段的時(shí)間從3天至兩個(gè)星期不等。由于徐變、收縮和溫度的原因,Stolmen側(cè)的墩柱具有向Selbjrn長(zhǎng)期約150mm的變位。因而橋梁的該一半在主跨連接以前,對(duì)橋臺(tái)頂動(dòng)橋梁的總重約260MN。施工期間精確地檢驗(yàn)梁的高程。每施工5m,在安裝掛籃、澆筑混凝土和張拉預(yù)應(yīng)力束以后都檢驗(yàn)了高程。按照理論值,主跨跨中合龍后兩懸臂的高差小于10mm。5stolman側(cè)墩柱的極限荷載荷載分布和撓度采用基于梁理論的計(jì)算機(jī)程序來(lái)計(jì)算,考慮了徐變、收縮引起的長(zhǎng)期效應(yīng)。包括不同的靜力體系、預(yù)應(yīng)力的張拉、掛籃的就位和荷載歷程。對(duì)Stolm