南宁大桥钢结构设计.ppt
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1、南宁大桥钢结构设计,南宁大桥简介,工程概述,青秀山风景区西侧,国宾馆荔园山庄东侧,五象岭森林公园北边北接青山路,跨越邕江,南接五象新区(蟠龙)规划路城市主干路级标准双向六车道桥宽35m,南宁大桥简介,工程概述,南宁大桥简介,工程概述,大跨径曲线梁非对称外倾拱桥,南宁大桥简介,工程概述,南宁大桥简介,结构受力特点,荷载的传递关系桥道荷载,通过吊索传递至拱肋吊索轴力传至拱肋,分解为:作用于拱平面内向下(Ty),作用于拱平面内平行于桥轴(Tx),作用于拱平面外(Tz)拱肋位于倾斜的平面内,拱肋自重分解为:作用于拱平面内向下(Wy),作用于拱平面外(Wz),南宁大桥简介,结构受力特点,拱的平衡拱肋自重
2、分力产生向外倾覆的趋势吊索分力抵抗其倾覆,南宁大桥简介,结构受力特点,拱的平衡拱的推力传至肋间平台,由布置于钢箱梁内的系杆来平衡,南宁大桥简介,结构受力特点,主梁横向分力的平衡两侧吊索的竖向分力基本相同,由于其横向倾角不等,其横向分力必然不同由此产生的主梁横向分力,由反向弯曲的系杆来平衡,南宁大桥简介,结构受力特点,尽管“大跨径曲线梁非对称外倾拱桥”受力复杂,但却可以维持三维空间的力学平衡,结构是完全可以实现的所有平衡关系中,拱平面外的平衡、主梁横向分力的平衡与常规拱桥不同,是设计这一桥型的难点及重点,南宁大桥简介,主要结构构造,混凝土拱肋采用等宽变高的单箱单室截面,宽度7.5m,高度由顶端的
3、10.1m渐变至承台顶面的14.6m,标准壁厚80cm分为3个大的区间、21个小节段,采用曲面液压自爬模施工拱肋内共布设10组预应力束,下端锚固,上端单端张拉后通过连接器接长,南宁大桥简介,主要结构构造,肋间横墙薄壁结构,标准壁厚60cm,起到拱脚横撑的作用横墙顶面形状为R=21.5m的圆柱面,并与两拱肋内侧面相切,南宁大桥简介,主要结构构造,肋间平台由平台主梁和连接东西两拱的横梁共同构成,采用预应力混凝土结构内设两道锚固横梁,用于锚固系杆前后两端设置牛腿,支承主、引桥箱梁,南宁大桥简介,主要结构构造,钢箱拱肋东、西钢箱拱各自划分为15个节段,最大吊重218吨采用等宽变高的单箱单室截面,面板内
4、设板式加劲肋每一段钢箱拱肋节段内,均设置2道竖直的吊点横隔板和3道呈径向布置的定位横隔板,南宁大桥简介,主要结构构造,钢箱梁采用单箱单室扁平流线型全焊钢箱梁位于R1500m平曲线上,箱梁节段呈扇形布置吊索采用平行镀锌钢丝成品索,纵向间距9m,全桥共设26对为便于施工、便于运营期换索,采用横向双索体系,南宁大桥简介,主要结构构造,系杆全桥共布置32束系杆,分为四组第一、四组在平面内直线布置;第二、三组在平面内弯曲布置,以平衡吊索产生的横向分力钢箱梁吊点横隔板上,设置有系杆转向构造系杆锚具采用钢绞线拉索群锚体系,允许整体换索和单根换索,南宁大桥简介,技术特点,独特的艺术造型和视觉效果桥梁与环境交相
5、辉映发挥桥梁在景观中的时代性、标志性采用“大跨径曲线梁非对称外倾拱桥”这一全新的桥型丰富桥梁类型为类似景观桥梁的建设提供参考,南宁大桥简介,技术特点,协调研究桥梁造型艺术和结构受力特点分析受力特点,确保三维结构稳定研究结构造型,确保桥梁美观,南宁大桥简介,技术特点,南宁大桥简介,技术特点,创新细致的特殊结构细节设计以HDPE为基料制造系杆转向装置有效过渡的钢砼连接段粘滞阻尼器限制主梁纵漂U肋过焊孔采用两次半径过渡方式贯彻耐久性、可检查性、可维护性设计思想高品质耐久性砼适当的钢结构涂装配套拱肋检修车、梁底检修车、检修通道运营期监测系杆、吊索、铺装更换预案,南宁大桥简介,技术特点,施工特点旋喷桩止
6、水帷幕曲面液压自爬模施工工法缆索吊装、三维斜拉扣挂施工工艺缆索吊机塔顶大距离横移技术进行工程风险评估全面关注各种风险事态提供系统的风险管理策略,钢结构设计,主桥拱轴线形,主桥拱肋由钢箱拱肋段和混凝土拱肋段组成,东西两拱肋向外倾斜,但都位于各自的拱平面内在拱平面内,钢箱拱肋段拱轴线为悬链线,混凝土拱肋段拱轴线由圆曲线和直线组成,钢结构设计,主桥拱轴线形,东侧钢箱拱肋部分跨径262m,矢高45.18m,拱轴线线形采用m=1.244的悬链线西侧钢箱拱肋部分跨径262m,矢高48.04m,拱轴线线形采用m=1.190的悬链线,钢结构设计,钢箱拱肋,东拱、西拱钢箱各自划分为15个吊装节段,编号分别为E1
7、E8、W1W8节段宽7.400m或7.408m,节段高5.600m10.008m最短吊装节段长13.931m,最长吊装节段长21.152m节段最小吊重121.6吨,最大吊重218.0吨E1、W1节段与混凝土拱肋连接,节段下端设置有钢砼连接段E8、W8节段为跨中合龙段,钢结构设计,钢箱拱肋,钢箱拱肋采用等宽变高的单箱单室截面,拱箱高度按照2.5次抛物线变化,由跨中的5.600m渐变至钢砼交界面的10.008m,南宁桥以阵风荷载及其组合控制设计,为了减小阵风荷载效应,应适当减小拱箱高度和拱箱宽度另一方面,为了减少制造、运输的难度,也应减小箱高、箱宽,钢结构设计,钢箱拱肋,E1、W1节段面板厚度采用
8、24mm,拱肋全宽7.408m;E2E8、W2W8节段面板厚度采用20mm,拱肋全宽7.400mE8、W8合龙段的面板,一端按正常情况加工,另一端加长300mm,作为现场切割之用,以确保合龙精度,钢结构设计,钢箱拱肋,E1、W1节段,均在拱肋钢箱内壁设置20200mm的板式纵向加劲肋;E2E8、W2W8节段,均设置18200mm的板式纵向加劲肋,钢结构设计,钢箱拱肋,拱箱顶、底板上,纵向加劲肋间距520mm拱箱腹板上,除最上部纵向加劲肋平行于顶板外,其余纵向加劲肋均以平行于底板的方式平行布置,以避免倒角区域的构造复杂化,并保证施焊空间,同时与检修车轨道相匹配。腹板上的纵向加劲肋间距一般为554
9、mm,最大间距不超过600mm,钢结构设计,钢箱拱肋,在E1、W1节段下端,纵向加劲肋高度由200mm渐变为600mm,使纵向加劲肋成为钢砼连接段构造的一部分,完成钢砼连接段第一次应力扩散的功能,钢结构设计,钢箱拱肋,一般情况下,纵向加劲肋与横隔板之间不予连接,即横隔板上设置开孔,保证纵向加劲肋连续但在特殊部位,如设置吊索、起吊吊耳等部位,应保证横隔板连续,即横隔板上不开孔,纵向加劲肋暂时予以切断,然后在工厂后焊接纵向加劲肋嵌补段,钢结构设计,钢箱拱肋,每一段钢箱拱肋节段内,均设置了2道吊点横隔板E2E8、W2W8节段,吊点横隔板都起到设置永久吊索、设置临时吊索、设置吊装起吊吊耳等基本功能。而
10、E1、W1节段上的吊点横隔板只起到设置吊装起吊吊耳这一基本功能,钢结构设计,钢箱拱肋,除此之外,E2EE7E、W2EW7E等12道吊点横隔板上还需设置临时横联锚点,E3E、E5E、E7E、W3E、W5E、W7E等6道吊点横隔板上还需设置横向风缆锚点吊点横隔板厚22mm,并双面设置加劲肋,钢结构设计,钢箱拱肋,永久吊索处,设置24520mm钢导管和50mm承压板;临时横联处,设置15914mm钢导管和40mm承压板;张拉操作均在拱箱内完成天线吊装起吊吊耳、临时吊索锚点均采用吊耳构造,由吊点横隔板伸出拱箱面板的部分形成,钢结构设计,钢箱拱肋,每一段钢箱拱肋节段内,均设置了3道定位横隔板,起到制造时
11、辅助定位的功能。此外,E1HE7H、W1HW7H等14道横隔板上,还设置了节段扣点构造。定位横隔板均垂直于拱轴线布置,端头的定位横隔板距节段端线1m位置布置,钢结构设计,钢箱拱肋,一般的定位横隔板厚12mm,设置扣点构造的定位横隔板厚20mm;E1F、W1F两道定位横隔板位于钢砼连接段构造顶部,厚度也采用20mm;所有定位横隔板均在单面设置加劲肋节段扣点处,设置35125mm钢导管和70mm承压板,并在钢导管四周设置22mm分布加劲肋,使扣点集中力分布至扣点定位横隔板和拱箱面板上,钢结构设计,钢箱拱肋,E2E4节段、W1W4节段由于吊点横隔板与拱轴线交角较大,使得局部区域的横隔板间间距较大,故
12、增设了局部横向加劲肋,钢结构设计,钢箱拱肋,钢箱拱肋的节段连接采用纵向加劲肋栓接、面板焊接的方式。每条纵向加劲肋接合部以连接板形成两个摩擦面,并设置12个M22高强螺栓拱箱节段吊装就位并准确调整后,首先安装纵向加劲肋连接板,施拧高强螺栓,最后再焊接横向环焊缝,钢结构设计,钢-砼连接段,为保证钢箱拱肋与砼拱肋之间的连接过渡段应力均匀、有效过渡,构造设计上遵从多次应力扩散的设计原则钢箱拱E1、W1节段面板厚度设计为24mm,在靠近连接段时,纵向加劲肋从20200 mm渐变为20600mm,完成钢砼连接段第一次应力扩散,即钢结构本身的应力扩散,钢结构设计,钢-砼连接段,第一道定位横隔板,即E1F1、
13、W1F1之下,增设新的封板,与面板、纵向加劲肋一起,构成28个局部的短柱状空间,内部灌注砼,形成承压短柱;每个局部空间的钢板内壁,均设置19100mm焊钉40个,以传递钢与砼之间的剪力,完成第二次应力扩散砼拱肋段顶部,设置封头端板和50mm开孔板连接件等构成的钢帽结构,以传递钢与砼之间的剪力,完成第三次应力扩散,钢结构设计,钢-砼连接段,28个内部灌注砼的局部空间,同时作为施加预应力的承压柱;全截面均匀设置28束15.24-15钢绞线预应力体系,对砼拱肋段提供约2.6MPa的预压应力,以保证钢砼接合面始终处于受压状态砼拱肋段顶部的封头端板上,设置砼振捣孔,确保砼拱肋段顶部的砼能浇筑密实;在承压
14、短柱顶部,定位横隔板上设置585574mm或585540mm矩形方孔,完全不覆盖承压短柱;承压柱预应力锚头预先固定于柱顶中部,锚头四周的间隙起到灌注砼、振捣砼的作用,以保证承压柱砼能浇筑密实,钢结构设计,钢-砼连接段,在钢砼接合面处,砼拱肋的高度、宽度均比钢箱拱每边增大46mm,在钢箱拱1#节段吊装后,可以进行适当微调,以补偿砼拱肋浇筑时可能产生的误差,钢结构设计,钢箱梁,全桥钢箱梁划分为30个吊装节段,编号分别为1#15#;分为四类,A类梁段为标准段,共24段;B类梁段为跨中段,共2段;C类、D类梁段为端节段,各2段节段长6.69m(长度均指桥轴线顶板弧长),最大吊重143吨,钢结构设计,钢
15、箱梁,主梁平面位于R1500m平曲线内,可行的布置方式有3种1、主梁节段平行划分、吊杆平行布置2、主梁节段径向划分、吊杆平行布置3、主梁节段径向划分、吊杆径向布置,钢结构设计,钢箱梁,若主梁节段平行划分,将导致每一节段的几何尺寸均不相同,必然丧失节段的统一性和制造的方便性当主梁节段采用径向划分时,如果吊杆采用平行布置,梁上吊点与主梁横隔板不能相互对应、或使得横隔板面外受力,将导致主梁受力不利,使局部构造复杂因此,最终采用主梁节段径向划分、吊杆径向布置的形式,钢结构设计,钢箱梁,主桥钢箱梁节段均呈扇形,因此全部纵向加劲肋均按照曲线布置主桥位于R9000m竖曲线上,设计上采用顶板、底板不等长的方式
16、形成梯形,来近似代替竖曲线。比如,在标准节段中,顶板比底板长3mm,钢结构设计,钢箱梁,主梁采用单箱单室扁平流线型全焊钢箱梁,全宽35.016m,中心高3.500m(外轮廓)。钢箱梁顶板、上斜腹板厚14mm,底板、下斜腹板厚12mm,钢结构设计,钢箱梁,钢箱梁顶板在机动车道、非机动车道及部分人行道区域采用U肋进行纵向加劲,U肋上口宽300mm,底宽180mm,高280mm,板厚8mm,间距600mm钢箱梁顶板在端头靠近吊点的区域(人行道区域),以及钢箱梁底板、下斜腹板采用板式加劲肋进行纵向加劲,加劲肋高140mm,板厚12mm,间距310360mm钢箱梁上斜腹板上设置一道板式加劲肋,高190m
17、m,板厚16mm,钢结构设计,钢箱梁,一般而言,U肋、板式加劲肋均沿箱梁节段通长布置,即横隔板上开孔。为减小焊接定位难度,使制造更加方便,板式加劲肋与横隔板之间不予连接但在吊点横隔板的吊点区域,为保证吊耳连接板(D1、D2板件)的受力,横隔板上不开孔,板式加劲肋在此予以切断,然后在工厂后焊接纵向加劲肋嵌补段,钢结构设计,钢箱梁,钢箱梁内,每隔3m设置一道横隔板标准节段含2道普通横隔板和1道吊点横隔板由于设置支座加劲和阻尼器加劲的原因,H01H04横隔板较为特殊普通横隔板板厚10mm,H01、H02横隔板板厚16mm;吊点横隔板出于受力需要,分区域采用了1230mm的板厚,钢结构设计,钢箱梁,所
18、有横隔板上均需安装系杆转向导管或定位导管;由于转向导管、定位导管的位置和与横隔板的交角不同,全桥横隔板没有互换性为了安装转向导管或定位导管,以及为减小焊接变形,除H01、H02外,其余横隔板均采用双面加劲吊点位置的吊耳连接板(D1、D2板件)板厚30mm,加装两侧补强板后,总厚度94mm。吊耳连接板采用整板形式即与吊耳连接板相连的上斜腹板、板式加劲肋均予以切断后,再焊接在吊耳连接板上;因此,此处的箱梁顶板也要预留槽口,钢结构设计,钢箱梁,钢箱梁节段连接采用全焊方式钢箱梁节段吊装就位后,依靠外侧永久吊索和临时吊索,可以准确调整空间位置;拧紧临时匹配件螺栓后,再焊接横向环焊缝和U肋、板肋嵌补段,钢
19、结构设计,钢箱梁,箱梁端节段上,设置了4个LYQZ2500/1000型竖向拉压支座,约束箱梁竖向位移和扭转;横向设置了2个GJZF4 40060088板式支座,约束箱梁横向位移;纵向设置了2个粘滞阻尼器,最大位移量160mm,以限制箱梁在顺桥向地震响应下的纵向位移,钢结构设计,涂装,全桥钢结构涂装体系依据大气腐蚀环境、局部腐蚀因素及钢结构各部件的工作和维修条件,全桥钢结构涂装设计分为7个部分分别考虑,钢结构设计,涂装,南宁大桥为标志性建筑,对装饰效果要求较高。由于聚合硅氧烷具有出色的保光、保色性能,选择作为南宁大桥主体结构的面漆底漆选择上,由于无机富锌漆在施工时有一些特殊的要求,比如其固化要依
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