朝天门大桥材料报告课件.ppt

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1、重庆朝天门大桥调查报告,重庆朝天门长江大桥工程位于重庆市主城区内、朝天门下游约1.71km，横跨长江，西连江北青草坝，东接南岸弹子石。全桥由江北立交、长江大桥、弹子石立交、黄桷湾立交及联接道路组成，是重庆主城区向外辐射的东西向快速主干道。,号称世界第一拱桥虽然名叫“朝天门大桥”，但大桥的实际位置是在离朝天门还有1.7公里的溉澜溪青草坪。朝天门大桥从设计之初就定位为重庆的江上门户。“方案最终选定了简洁大气的钢桁架拱桥形式”，项目部负责人说，大桥只有两座主墩，主跨达552米，比世界著名拱桥澳大利亚悉尼大桥的主跨还要长，成为“世界第一拱桥”,朝天门大桥主桥分析,1 工程概况重庆朝天门长江大桥全长41

2、58 km，主桥上部结构设计为190 m+552 m+190 m 3跨连续中承式钢桁系杆拱桥，双层桥面，上层布置双向6车道和两侧人行道，桥面总宽36 m；下层中间布置双线城市轨道交通，两侧各预留1个7 m宽的汽车车行道。2片拱肋间距为29 in，拱顶至中间支点高度为142 m，拱肋下弦线形采用二次抛物线，矢高128 m，矢跨比14312 5；拱肋上弦部分线形也采用二次抛物线，与边跨上弦之间采用R=700 m的反向圆曲线进行过渡。主桁采用变高度的“N”形桁式(图1)，平纵联、加劲弦平纵联采用“K”形桁式和菱形桁式。主桁节点除中支点等少部分特殊节点采用整体节点外，其余均为拼装式节点，采用高强螺栓连

3、接。,设计荷载为：1)竖向荷载SL01、NL01：12 000 kN桁；SL02、NL02：21 000kN桁；SL03、NL03：37 000 kN桁。2)横向荷载(按267 rrds基本风速控制设计，考虑高度系数的影响)SL01、NL01：200 kN桁；SL02、NL02：280 kN桁；SID3、NL03：480 kN桁。工程特点：朝天门大桥主桥工程具有造型美观、结构新颖、施工技术难度大、施工条件复杂等特点，主要表现在以下几方面：1)主桥上部结构设计采用的3跨钢桁系杆拱桥，具有结构新颖、受力明确、线型流畅、气势宏伟、功能齐全等特点。2)大桥主跨设计跨径为552 m，目前在同类桥型中居世

4、界第一，且为上下双层桥梁，其构件加工精度高，线形控制难度大，施工工艺复杂，主跨桁拱大悬臂拼装存在较大风险。3)施工水域航道狭窄，水下地形复杂，航运繁忙，施工作业与航运之间的矛盾十分突出。4)主桥上部结构用钢量大，对钢材材质和加工制作精度有很高的要求。5)大桥施工所需临时工程和专用设备数量巨大，结构复杂。,主桥结构钢材选用 目前国产钢材质量有很大进步，主要表现在形成了系统产品，如表1所示，针对本桥各构件的受力特点，对各部位构件的用材进行了研究比较，并考虑同样的安装方式的影响。主桁杆件选用Q42OQ，其余选Q345Q、Q37OQ，其主桁钢材的用钢量较全部选用中强钢Q345QD、Q37OQD省约92

5、，同时用钢量的减少也可降低最大主桁杆力，因此在主桁拱杆件根据内力值的不同分别选用Q345Q、Q37OQ和Q42OQ钢材，这样对桥梁的总体经济性有利。,q345q、q370q、q420q的分析,钢的牌号和化学成分（熔炼分析）应符合表2的规定,表1中的酸溶铝（Als）可以用测定总含铝量代替，此时铝含量应不小于0.020%。,Q345q、q370q 钢材的力学性能和工艺性能应符合表3的规定,q420q,Q345q、q370q、q420q钢材的选用原因及优点1）结构重量轻结构的容重虽然较大，单与其它建筑材料相比，它的强度却高很多，因而当承受的荷载和条件相同时，结构要比其它结构轻，便于运输和安装，并可跨

6、越更大的跨度。2）塑性和韧性好塑性好，使它一般不会因为偶然超载或局部超载而突然断裂破坏。韧性好，则使钢结构对动力荷载的适应性较强。它的这些性能对施工安全可靠提供了充分的保证。3）更接近于匀质和各向同性体内部组织比较均匀，非常接近匀质和各向同性体，在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的。这些性能和力学计算中的假定比较符合，所以钢结构的计算结果较符合实际的受力情况。,4）结构的气密性和水密性较好。5）设计风格灵活、丰富。在梁高相同的情况下，它的开间可比混凝土结构的开间大50%，从而使建筑布置更加灵活。6）施工简便，施工安装周期短大量的钢结构都在专业化的金属结构制造厂中制造；精确度高。制成的构件运到现场

7、拼装，采用螺栓连接，且结构轻，故施工方便，施工周期短。此外，已建成的钢结构也易于拆卸、加固或改造。,Q345q、q370q、q420q图片,图2,主桁杆件主桁杆件包括箱形杆件和H形杆件两种形式。箱形杆件由盖板、腹板、隔板、纵向加劲肋等零件组成，截面尺寸为宽(1 200 1 600 ram)高(1 2401 840 ram)。H形杆件由盖板、腹板、纵向加劲肋等零件组成，断面尺寸为宽(700l 700 mm)x高(1 200-1 600 mm)。主桁杆件形式见图3。其所使用的材料主要为钢Q42q、Q345q、Q370q,节点板拱肋节点采用拼装式节点，因此节点板类型多，最大节点板尺寸(5 3705

8、425)mm。其连接孔群的制孔精度对拱肋整体安装精度影响较大，是精度控制的关键。部分节点板尺寸较大，需进行分块下料后对接焊接，其对接焊缝位置避开孔群位置.节点板制造流程如下：I)钢板滚平后，数控精确下料，机加工对接焊坡口：2)两板块对拼、焊接，修整焊接变形，对接焊缝双面磨平；3)在平台上划出基准线，钻制连接孔群；4)参与试装后，进行除锈、涂装；5)包装后运输至桥位。节点板平面度是确保摩擦传力的关键。通过优化对接焊缝焊接顺序，可较少出现焊接角变形；采用压力机冷矫正与火焰矫正结合的方法确保平面度满足规范要求。,钢拱座整体节点 大桥钢拱座焊接整体节点是全桥受力的关键部位，位于主桥中间支承E15节点处

9、，是钢桁拱桥首次采用的拱座节点形式。钢拱座整体节点结构特点大桥钢拱座焊接整体节点空间连接关系复杂，承受荷载较大，受力集中，其结构示意见图4。钢拱座整体节点轮廓尺寸为9 100 mm4 954 mm2 870 mm，单个构件重量644 t。与以往拼装式拱座结构形式相比，该设计新颖，减小了节点尺寸，减少了现场安装构件的数量，现场架设安装和拱座位置调整更加方便，同时对钢结构制造提出了更高的要求。,图4 钢拱座整体节点结构示意,边跨钢梁半伸臂 临时辅助设施 1）临时支架墩190 m的边跨采用临时支架辅助半伸臂安装。临时支架北岸从主墩至过渡墩(墩)及南岸从主墩至过渡墩跨度均依次为50 m+36 m+26

10、 m(图5)。每排架设左右2支墩，中间间距为29 m。从主墩到边墩的单个支墩钢管数量：北岸依次分别为12根、6根、4根，南岸依次分别为9根、6根、4根。2）膺架梁安装边跨首节钢桁梁时，在边墩(过渡墩)至1临时支架墩之间搭设膺架梁，膺架梁每桁用双层4排贝雷梁作为承重纵梁，E2节点位置用I25工字钢作为分配梁将荷载传递到贝雷梁节点上，并安装2台60 t竖向千斤顶作为调整装置，承重梁两侧各设1条60 em宽的人行通道。膺架梁按100 t荷载进行设计并预留一定压缩下沉量。,图5 边跨临时墩布置,施工设备主桥主要施工设备有1台240 t门式起重机（图5），2台WQ7040桅杆式起重机，2台1 000 t

11、m塔吊，2台2 100 tm拱上爬行吊机（图6），2台900 tm全回转步履吊机。,图6,图5,主桥安装,主桥安装过程 边跨1 一2 节间安装利用1 000 tm塔吊在膺架上安装边跨1、2节间。安装前根据施工监控计算分析结果，调整好E1 B 节点支座标高，测量放出桥轴线和桁梁中心线。El E2、E2 E3下弦杆安装过程中钢梁荷载由膺架梁承受，待1 2 下弦杆安装到位后，利用E2节点处竖向千斤顶调整下弦杆拱度，并完成E2节点高栓终拧；然后取消膺架梁E2节点处的临时支垫，进行主桁构件安装，此时钢梁荷载由下弦杆传递给1 临时墩，由1 临时墩和过渡墩承受钢桁梁荷载。安装1 2 桁节时，按先下平面后立面

12、再上平面的顺序吊装。边跨3 一5 节间及平衡压载节间安装1 2 桁节安装完成后，将1 000 tm塔吊作为起重设备，在1、2 节间上层桥面上安装架梁吊机，安装调试完成后由架梁吊机逐跨悬臂安装3 5 桁节，1 000 tm塔吊同步安装平衡l 2 桁节以及压载分配梁。悬臂安装按下弦杆一斜杆一上弦杆一竖杆一桥平联一轻轨纵梁一下横梁一上横梁一桥面板的顺序进行，并根据监控指令进行平衡压载，保证伸臂钢梁抗倾覆稳定系数大于13。待5 桁节所有构件安装完成后，进行2 临时墩墩顶抄垫。边跨6 一9 节间安装6 一9 节间安装最大悬臂为50 m，悬臂重量1 900 t，安装顺序同3 5 桁节安装。待9 节间安装完

13、成后，对3 临时墩进行抄垫，同时顶升边支点l45 cm，脱空1 临时墩，降低边支点至一23 m处。为满足边跨钢梁整体调整精确定位中支座需要，边跨钢梁安装到3 临时墩时，需在3 临时墩顶布置钢梁纵横移和限位装置。,大桥螺栓的选用 主桁节点除中支点等少部分特殊节点采用整体节点外，其余均为拼装式节点，采用高强螺栓连接。全桥梁主要用m22、m24、m30高强度螺栓182.7万套。高强度螺栓主要参数如表4,表4,大桥高强螺栓选用的原因及优点 1、高强度螺栓连接具有施工简单、受力性能好、可拆换、耐疲劳、以及在动力荷载作用下不致松动等优点，是很有发展前途的连接方法。2、高强度螺栓是用特制的扳手上紧螺帽，使螺

14、栓产生巨大而又受控制的预拉力，通过螺帽和垫板，对被连接件也产生了同样大小的预压力。在预压力作用下，沿被连接件表面就会产生较大的摩擦力，显然，只要轴力小于此摩擦力，构件便不会滑移，连接就不会受到破坏，这就是高强度螺栓连接的原理。3、高强度螺栓连接是靠连接件接触面间的摩擦力来阻止其相互滑移的，为使接触面有足够的摩擦力，就必须提高构件的夹紧力和增大构件接触面的摩擦系数。构件间的夹紧力是靠对螺栓施加预拉力来实现的，所以螺栓必须采用高强度钢制造，这也就是称为高强度螺栓连接的原因。,连接副形式螺栓,图7,大桥拉索,大桥拉索材料主要选用3715.24、6115.24钢绞线15.24钢绞线原料：高碳钢线材SW

15、RH 82B等 15.24钢绞线特点：抗拉强度高，低松弛，弹性模量稳定，消除应力，与混凝土结合牢15.24标准：ASTM A416/416M-2006,BS 5896-1980,JIS G3536-1999,GB/T 5224-200315.24钢绞线结构规格：17-9.5mm18mm;119-17.8mm28.6mm.,朝天门大桥桥墩分析,重庆朝天门大桥首创空心桥墩“短竹子不容易断，长竹子易断，这道理也运用到桥上。”桥面离江底高100米多，为增加大桥稳定性，工人把桥“腿”做得相当粗，每个桥墩横切面面积相当于三分之二个篮球场，但桥墩是采用国内首创的多仓室空心薄壁墩。桥墩结构和材料都是国内一流，

16、能抵抗300年难遇的特大洪水，设计寿命为100年。该桥墩所用材料主要为以C5水泥为原材料的水泥混泥土和钢筋,桥墩材料选用的原因和优点（1）可模性好：新拌和的混凝土是可塑的，可根据需要设计制成各种形状和尺寸的结构或构件。（2）整体性好：现浇钢筋混凝土结构的整体性较好，设计合理时具有良好的抗震、抗爆和抗振动的性能。（3）耐久性好：钢筋混凝土结构具有很好的耐久性。正常使用条件下不需要经常性的保养和维修。（4）耐火性好：钢筋混凝土结构与钢结构相比具有较好的耐火性。（5）易于就地取材：钢筋混凝土结构所用比重较大的砂、石材料易于就地取材，且可有效利用矿渣、粉煤灰等工业废渣有利于保护环境。（6）节约钢材。钢

17、筋混凝土结构的承载力较高，大多数情况下可用来代替钢结构，因而节约钢材。（7）自重大。钢筋混凝土的重力密度约为25kN/m3，比砌体和木材的重度都大。尽管比钢材的重度小，但结构的截面尺寸较大，因而其自重远远超过相同跨度或高度的钢结构的重量。,朝天门大桥桥面分析,钢桥面铺装方案 结合前期的研究成果和朝天门长江大桥桥面铺装设计要求，提出了重庆朝天门长江大桥上层桥行车道和人行道铺装结构，见表5，6。下层桥面使用条件与上层桥面完全不同，考虑到下层桥面铺装面积相对较小，为了便于施工和质量控制，采用了与上层桥面相同的铺装方案。,表5 钢桥面行车道铺装结构方案,表6 钢桥面人行道铺装结构方案,防粘结层钢桥面喷

18、砂除锈清洁度达到Sa25级、粗糙度达到50100 m后，喷洒Eliminator体系材料，性能指标见表7，环氧富锌漆技术要求见表8。,表8 环氧富锌漆性能技术要求,表7 Eminator防水体系材料技术要求,沥青铺装层 选用沥青铺装层要求 沥青铺装层要求具有良好的抗车辙性能 重庆朝天门大桥使用环境极端气温相对都比较高，加之钢结构的储热作用，使得沥青铺装层的温度显著高于路面面层的温度。因此，如何保证桥面沥青铺装层在重交通荷载作用下具有较高的高温稳定性，以期能够有效地防止或延缓沥青铺装层车辙的出现，是桥面铺装设计的技术关键。沥青铺装层要求具有良好的抗疲劳开裂性能 在交通荷载作用下，桥面铺装层要随同

19、钢板变形，而产生反复的挠曲变形，特别是在钢板U形加劲肋顶部对应的铺装表面，将产生反复弯曲应力(应变)而开裂 J。因此，铺装设计要重点考虑沥青铺装层的抗疲劳开裂性能。,沥青铺装层与钢板之间应具有良好的层间结合能力 交通荷载作用下，桥面铺装层与钢板要同步变形；气候环境条件作用下，沥青铺装结构层以及钢板要产生不同的温缩变形，这使得各结构层(包括钢板)之间产生较大的弯拉应力和剪切应力，并导致层间脱离，引起铺装层破坏。因此，要求沥青铺装层与钢板之间必须具有良好的层间结合力。沥青铺装层对桥面板等钢结构应具有良好的保护作用 重庆地区年降雨量大于1000 mm，雨量充沛，气候潮湿，水气极易导致钢板锈蚀，而降低

20、铺装结构层的耐久性和桥梁钢结构的使用寿命。因此，在铺装设计中，还要重点考虑铺装结构体系对钢板的保护作用和防腐作用。沥青铺装面层具有良好的抗滑性能 重庆属于夏炎热、冬温潮湿地区，暴雨、阵雨现象较为常见，路面湿滑，面层抗滑性能降低，存在很大的交通隐患，桥面铺装设计应考虑保证具有良好的抗滑性能，以确保交通安全。,1）沥青结合料用于浇筑时沥青混凝土的改性沥青主要是通过在硬质沥青中掺加SBS、天然沥青等制成的，其性能技术要求见表9；用于SMA10的高弹体改性沥青技术要求见表10。,表9 浇筑时沥青混凝土用改性沥青技术要求,表10 SMA10用高弹体改性沥青技术要求,2）集料及矿粉 粗集料采用耐磨的玄武岩

21、破碎，粗集料、细集料及矿粉技术指标满足JTG F402004公路沥青路面施工技术规范中相应的要求。3）改性乳化沥青改陛乳化沥青性能满足JTG F402004公路沥青路面施工技术规范中相应的要求。4）混合料级配性能要求改性SMA10与浇筑时沥青混凝土GA10的级配应满足表11的要求；SMA10推荐油石比范围为58 一70，GA10推荐油石比为7 一10；混合料性能需满足表12，13中的设计要求。,表11混合料级配范围要求,表12 铺装面层SMA10混合料性能要求,表13 铺装下层GA10沥青混凝土性能要求,5）现浇彩色PU橡胶板现浇彩色PU橡胶板施工完毕，材料表层应无气泡、针眼、裂痕或分层等现象

22、，接缝平直，色泽均匀一致，牢固、无虚边，其物理力学性能技术要求见表14。,表14 现浇时彩色PU橡胶板的技术要求,现浇彩色Pu板的优点：密水性好、耐久性优良、色彩易调、施工便捷,桥面各层施工要求 喷砂及防水粘结层施工(1)喷涂的基面必须干燥、洁净、无油污、无异物、无灰尘。(2)遇下雨、下雪、结露等气候条件时，严禁作业。(3)基体温度高于露点，防水材料喷涂环境温度：一10 一50。(4)已涂刷好的区域要进行保护，严禁油、油脂和脏物等的污染。(5)防水材料的喷涂，需要保证体系的水平面 浇筑时沥青混凝土施工(1)浇筑时沥青在摊铺前，确保基面干燥、无积水、油迹等。(2)混合料的拌和、运输、摊铺温度应严格控制，保证混合料的施工流动性。(3)混合料的运输、摊铺、碎石撒布应协调一致，保持连续、稳定地进行。(4)对摊铺过程中出现的鼓包，应及时处理，以免混凝土冷却后破除困难。改性沥青SMA施工(1)沥青结合料性能及储存稳定性的检测。(2)生产过程中，纤维、沥青添加量的控制与检测。(3)混合料的运输、摊铺、碾压等过程应严格控制，避免混合料出现离析现象，加强压实工艺的调整，确保压实度。,谢谢！敬请老师点评,