法國米約大橋總體設計

法國米約大橋總體設計

1塔恩河谷北河口橋梅約大橋是法國中南部通往地中海沿岸貝濟耶高速公路的主要橋梁。這座橋是歐洲和西班牙東部之間新交通中心的一部分（見圖1）。連接塔恩河兩側的levi祖高原和拉赫高原，主要穿過塔恩河谷的最低點。該橋的修建也將緩解法國夏季南北交通壓力,有利于解決法國頭痛的交通瓶頸問題,便于大型卡車和旅游車駛往地中海沿岸和西班牙。2米約大橋的工藝特征由于塔恩河蜿蜒曲折,當橋位于河谷地勢較低的地方時,在米約市就不能觀賞到此橋。為了使人們能在米約市觀賞該橋,基本思想是設計一座非常細長、橋面高程較高的多跨連續(xù)梁斜拉橋。1990年,MichelVirlogeux首先提出一個7塔8跨懸浮體系斜拉橋方案,1992～1993年,他領導的設計組又向法國國家高速公路管理局(SETRA)提出了另外幾種方案。通過競標,5家設計組分別獲得分析MichelVirlogeux向SETRA提出的方案和提議新方案的資格,他們每組被指定盡可能地完善一種設計方案。1996年7月經評判委員會評判,一個7塔高墩斜拉橋的設計方案最終勝出。米約高架橋建造之初曾引起不小的爭議,有人擔心破壞塔恩河谷周圍的景觀,但Foster選用鋼為主要建材,并運用其獨特的設計理念,讓這座大橋完工后看起來結構輕巧細致卻不失堅固,與周圍的環(huán)境協(xié)調一致。大橋全長2460m,共8跨,跨徑布置為204m+6×342m+204m(見圖1)。由于兩端高度不同,整座橋以3%的縱坡由南端向北端下降。為了使橋墩避開不穩(wěn)定粘性土的不良地質地段,同時,也為了在行車過程中能夠欣賞到大橋的英姿,將橋梁布置在半徑為20km的平曲線上。2.1大橋的風力試驗研究米約高架橋主梁為正交各向異性流線型鋼箱梁截面(見圖2),因施工過程的需要,在鋼箱梁內部設有兩塊豎直腹板,沿橋縱向每隔4.17m還設置有1道三角形的橫隔板。橋面雙向除設4車道外,為消除旅行者的眩暈,另外設置有寬3m的路肩。大橋高聳于河谷之間,穩(wěn)定性是設計者們須充分考慮的問題。英國總設計工程師Foster將大橋橫截面設計成三角形,以有效減少風阻;另外,鋼主梁除了設置有傳統(tǒng)的設施外,為將風對高架橋的垂直作用力的影響降到最低限度,還設置了擋風板(見圖3),從而避免風振對橋面上行駛車輛的影響;同時,設置的整流裝置,大大改善了空氣動力流線,增強了主梁線形美感。大橋的風力試驗從1997年就已開始,除了采用計算機模擬試驗外,法國氣象局專家甚至在圖盧茲一帶修建了一個人工山谷,然后向這個“山谷”注水,水中夾雜了許多小顆粒,專家通過水流顆粒的變化模擬出塔恩河谷可能出現(xiàn)的各種復雜風向,從而對大橋各種建筑結構的比例不斷修改。最終,大橋設計風速為250km/h。由于該橋建造材料比普通大橋的要輕,這使它兼?zhèn)淞藙傂院蛷椥?遇到超強大風、地震以及熱脹冷縮效應時更顯柔韌。2.2鋼筋混凝土單柱式橋墩米約高架橋設計時,考慮到橋墩要平衡多跨不對稱活載、適應熱脹冷縮效應導致的鋼箱梁長度的改變和抵抗由于橋墩過高而產生的較大彎矩,故將橋墩橫截面設計成抗彎剛度較大的箱形截面形式。大橋的分孔和橋墩的形式都經過了嚴密計算,過多不僅沒有必要而且延誤工期、增大成本;過少則不滿足結構受力要求。如果采用雙柱式橋墩,建造上太過繁雜,而且對于如此高度的橋墩,不安全性反而有可能低于單柱,設計者們還考慮到單柱式橋墩更容易適應主梁熱脹冷縮的影響。綜合評定后,他們采用了底部尺寸為17m×27m的鋼筋混凝土單柱式橋墩。這些橋墩到了一定高度后,沿縱向分叉,分叉高度約90m。這樣的設計,使支柱有較大的彈性空間,可較好地調節(jié)水平和垂直等方向力的變化?？紤]到大橋的熱脹冷縮,設計者在每段橋面連接處,尤其是在橋墩上的兩段橋面的連接處,都設置了靈活的“金屬關節(jié)”,允許兩段橋面各自伸縮。3俄羅斯eiffage工程項目因米約高架橋造價昂貴,法國政府最終決定與該橋的施工集團合作修建此橋。2000～2001年,主要有3個建工集團參加大橋施工競標,結果法國著名Eiffage建工集團中標并取得了對該橋長達75年的經營管理權。在Greish、Arcadis、ThalèE及C、SERTEiffageTP對大橋局部設計作最后的完善后,2001年10月10日,Eiffage建工集團在SETEC和SNCF兩公司的聯(lián)合監(jiān)理下進行施工。大橋施工過程中,遇到的最大難題仍然是風,當兩邊梁體還未合龍,斜拉索的支承也未形成時,在這一高度的梁體會因風力而劇烈搖晃。當風速達到70km/h時,所有工作人員都必須撤離現(xiàn)場。為此,施工人員用鋼管搭起了7套200多米高的巨型臨時支架托住橋身,從而使工程在多數時間得以順利進行。3.1橋塔和大型精密反光鏡每一座橋墩都是由若干節(jié)段拼裝而成,節(jié)段本身又是在施工現(xiàn)場由每塊4m×17m、重約120t的鋼筋混凝土板件組拼而成,這些板件在艾菲爾公司位于勞特堡與濱海佛司的預制場先行制作好之后再運抵施工現(xiàn)場進行拼裝。橋墩的基礎是4個直徑4～5m,深9～16m的挖孔沉井,在每座橋墩的正上方,還將矗立有一個高87m的橋塔。橋墩內部4個面尺寸固定,外部4個面則在沿墩高方向的每個施工節(jié)段都有緩慢的變化,包括它們的方位。在拼裝時采用經Peri改進的體外自升式起重機方式進行施工,而內部限位模板則通過塔吊移動,由于橋墩較高,拼裝時須逐步地將塔吊固定在橋墩相應節(jié)段位置上(見圖4)。因此,盡管各橋墩橫截面的形狀是變化的,但在建筑師與工程師的緊密合作設計下,橋墩的施工并不困難。為保證施工的精確性,建工集團使用了世界最先進的衛(wèi)星定位系統(tǒng),包括300多個小型精密反光鏡(感應裝置),它們有些澆注錨固在混凝土橋墩中,有些固定在周圍的巖石上。在施工中橋墩每升高4m,即利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收感應裝置的信息,糾正可能由溫度或風力引起的任何微小的墩身偏差。大橋建成后,橋墩垂直誤差在5mm以內。3.2頂推支架結構預先將2000塊橋面板在亞爾薩斯工廠焊接成每塊寬32m的鋼板,運到橋兩端的谷地同其它構件焊接起來后,緩慢地吊到安裝平臺進行組拼,然后將鋼箱梁頂推到位。米約高架橋P2墩與P3墩之間跨作為合龍跨,直接從兩端將鋼箱梁頂推至合龍。為了將中間跨頂推距離縮短到150m左右,中間各跨跨中均架設一套橫截面12m×12m、裝有兩套頂推設備的鋼管桁架的臨時支架(見圖5)。邊跨的臨時支架較中間跨的要小巧,簡單得多,并且只裝有一套頂推設備。兩個頂推結構的最前梁段均安裝有一橋塔(頂推時為了盡可能減小風的影響,橋塔的高度限制在70～87m),為減小頂推過程中懸臂端的彎矩,而張拉6對斜拉索(見圖5)。每次頂推行程171m,每頂推一跨均需5d時間,而其中的第一次頂推操作最為復雜,即使是天氣條件好,也需3d左右。在頂推過程中,當平均風速超過37km/h,頂推操作就必須暫時中止。由于橋墩較高,摩擦力必須直接在各個支架上得到平衡,因此所有的支架都裝有活動頂推軸承(每套頂推設備配有兩套軸承)。頂推控制命令來自于計算機和傳感器,軸承上的水平向液壓千斤頂正是通過這些控制命令,使得所有支架上的千斤頂在任何時刻都有相同的水平位移。3.3橋塔的分揀與分揀各橋塔(見圖6)在不同的工廠制作完成并集中運抵到橋臺后方。米約高架橋合龍后的2004年5月18日,每個未安裝的橋塔被兩臺拖車(橋面鋪有軌道)運送到橋面的相應位置—橋墩正上方。拖車及運輸重量達8000kN,在運輸過程中,對橋梁結構進行了一次極端的荷載試驗。Sarens公司張拉了斜拉索的臨時支護塔,將橋塔傾斜向上反轉,安裝到橋墩的正上方。隨著Fr