上海市黃浦江盧浦大橋設(shè)計(jì).pdf

1、第 38卷第 1 期土 木 工 程 學(xué) 報(bào)Vol138 No112 0 05 年 1 月CHINA CIVIL ENGINEERING JOURNALJan1 2 0 0 5上海市黃浦江盧浦大橋設(shè)計(jì)林元培 章曾煥 馬周 良( 上海市政工程設(shè)計(jì)研究院)( 上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究院)摘要: 盧浦大橋?yàn)橹骺?550m 的中承式拱梁組合體系鋼拱橋。橋下通航凈空 46 340m。橋面使用寬度 291 8m ( 雙 向 6 車道) 。該橋?yàn)槟壳笆澜缟峡鐝阶畲蟮墓皹?。本文介紹此橋設(shè)計(jì)的有關(guān)內(nèi)容。關(guān)鍵詞: 鋼拱橋; 設(shè)計(jì)中圖分類號(hào): U448 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文章編號(hào): 1000- 131X ( 2005)

2、01-0071- 07LUPU ARCH BRIDGE, SHANGHAILin Yuanpei Zhang Zenghuan Ma biaoZhou Liang( Shanghai Municipal Engineering Design Institute)( Shanghai Urban Construction Design & Research Institute)Abstract: The Lupu Bridge is a steel half-through tied arch bridge with spans 100m+ 550m+ 100m. The rise of

3、 main- span arch is 100m. The bridge has 6 lanes in two ways and the width of the deck for service is about 2918m. The bridge is the world . s largest span arch bridge at precent. This paper introduces on the design of this arch bridge.Keywords: steel arch bridge; designkNPm2 。1 工程概況抗震: 地震基本烈度 7 度。魯

4、班路越江工程位于上海市區(qū)的南面, 是市區(qū)穿3主橋總體設(shè)計(jì)越南北快速干道的重要節(jié)點(diǎn), 也是市區(qū)建設(shè)的黃浦江第七座越江設(shè)施。工程按規(guī)劃走向, 北起南北高架道311建筑造型和主橋結(jié)構(gòu)體系路干線上的魯班路立交北端預(yù)留接口, 向南跨過(guò)黃浦目前世界上已建成的大跨徑拱橋如美國(guó)新河谷橋江后與濟(jì)陽(yáng)路接順, 沿規(guī)劃濟(jì)陽(yáng)路至外環(huán)線 ( 環(huán)南一( 跨徑518m) 和澳大利亞悉尼橋 ( 跨徑503m) 均為桁大道) , 主線基本為南北走向, 工程范圍全長(zhǎng) 817km,架拱橋,從建筑造型角度看, 箱型拱橋方案具有桿件全線紅線寬度 40 50m。主橋橋位距下游南浦大橋數(shù)量少,構(gòu)造簡(jiǎn)潔、美觀等優(yōu)點(diǎn)。施工圖設(shè)計(jì)階段,3km,

5、距上游徐浦大橋約 7km。根據(jù)初設(shè)評(píng)審專家和國(guó)內(nèi)著名建筑專家的意見(jiàn), 盧浦大橋主橋的設(shè)計(jì)方案又進(jìn)行了數(shù)次優(yōu)化、細(xì)化和深2 主要設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化。最終盧浦大橋主橋采用變高度鋼箱型拱橋方案。優(yōu)化后的盧浦大橋建筑造型更為美觀、簡(jiǎn)潔、流暢。道路等級(jí):城市主干道。主橋橋型結(jié)構(gòu)采用適合上海軟土地基的中承式系設(shè)計(jì)車速:60kmPh。桿拱橋。主橋兩邊跨端橫梁之間布置強(qiáng)大的水平拉最大縱坡:主線 5% , 匝道 614% 。索,以平衡中跨拱肋的水平推力。加勁梁通過(guò)吊桿或主橋橋?qū)?雙向六車道, 車行道總寬 24150m;立柱支承于拱肋之上。邊跨加勁梁分別在中跨和邊跨每側(cè)觀光人行道寬 210m。的拱梁交匯處與拱肋固結(jié)。

6、中跨加勁梁的兩端支承于航道凈空:凈高 46m( 含 2m 富裕高度) , 凈寬中跨拱梁交匯處的橫梁上, 端支承為縱向滑動(dòng)支座,340m。橫向和縱向設(shè)置阻尼限位裝置。其結(jié)構(gòu)體系見(jiàn)圖 1 所計(jì)算荷載:汽車- 20 級(jí),驗(yàn)算荷載: 掛車-100。示。人群荷載:4kNPm2 , 全橋均布人群荷載: 214收稿日期: 2004-11-04 # 72 #土 木 工 程 學(xué) 報(bào)2005 年圖 1 主橋結(jié)構(gòu)體系示意圖Fig11 Bridge elevation and plan312主橋跨徑組合與縱向線形設(shè)計(jì)橋位處黃浦江規(guī)劃岸線寬度為 480m。主橋一跨過(guò)江、江中不設(shè)墩。主橋中孔跨徑 550m、矢高 100m

7、( 矢跨比 f PL = 1P515) ,跨徑組合: 100m + 550m +100m= 750m。主橋橋面豎曲線半徑:R = 9000m。橋面最大縱坡:215% , 橫坡: 2% 。313上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)31311 拱肋拱肋截面形狀為陀螺形,其截面見(jiàn)圖 2 所示。中拱截面總高 910 610m,邊拱截面總高 910 710m。拱肋上半箱為矩形截面:寬 510m, 中跨部分從拱腳610m 高漸變至拱頂?shù)?310m 高, 邊跨部分則為 610410m 高; 下半箱為倒梯形截面: 頂寬 510m, 底寬圖 2 拱肋截面310m, 高 310m。中拱頂板厚 30 32mm, 拱梁結(jié)合段Fig12 Se

8、ction of arch rib加厚至65mm; 底板厚 42 45mm, 拱梁結(jié)合段加厚至31375m。中跨系梁通過(guò)吊桿支撐于拱肋之上。中跨系65mm; 腹板厚 22mm, 拱梁結(jié)合段加厚至 32mm;中板厚 20mm, 拱梁結(jié)合段加厚至 30mm; 邊拱頂板厚梁兩端則通過(guò)支座與中跨拱梁結(jié)合段橫梁相連接。31313 風(fēng)撐30mm, 底板厚 40mm, 腹板厚 20mm, 中板厚 20mm。拱肋加勁采用T 型加勁。橋面以上全橋共設(shè) 25 道一字形風(fēng)撐, 水平間距1315m, 風(fēng)撐為變高度矩形截面, 頂?shù)装宸謩e與拱肋31312 系梁及橫梁的頂板、中板對(duì)齊。橋面以上第一道風(fēng)撐高約 413m,邊跨

9、三角區(qū)系梁截面為閉口鋼箱梁, 其截面見(jiàn)圖寬 411m, 其它風(fēng)撐高 41115 21942m, 寬 211m。3 所示。箱梁寬 4110m,高 217m。頂板厚 13mm,U橋面以下每側(cè)邊拱、中拱分別設(shè) 2 道 K 撐。K 撐形加勁厚 6mm, 底板厚 10mm, 橫梁間距 31375m。邊跨系梁與拱肋、立柱、邊拱末端橫梁、中跨拱梁結(jié)合亦為矩形截面, 高約 216m, 寬 216 311m。風(fēng)撐截面形式詳見(jiàn)圖 7。段橫梁固結(jié)。邊拱末端橫梁、中跨拱梁結(jié)合段橫梁是31314 立柱聯(lián)系拱肋之間以及拱梁之間的重要構(gòu)件, 其構(gòu)造設(shè)計(jì)分別見(jiàn)圖 4、圖 5。一側(cè)邊跨三角區(qū)系梁下共設(shè) 4 2 根立柱。立柱為矩

10、形截面, 其中主墩頂大立柱斷面為 5m 5m, 其中跨系梁為開(kāi)口鋼箱梁,即雙主梁 ( 箱梁) +橫小立柱斷面為5m 215m。立柱截面詳見(jiàn)圖 8。梁結(jié)構(gòu)體系, 其截面見(jiàn)圖 6 所示。箱梁寬 3915m,高217m。頂板厚 14mm, U 形加勁厚 8mm, 橫梁間距為第 38 卷 第 1 期林元培等# 上海市黃浦江盧浦大橋設(shè)計(jì)# 73 #圖 3 邊跨系梁斷面Fig13 Section of side span girder圖 4尾端橫梁截面圖 5中跨橫梁截面Fig14 Section of end crossbeam at side spanFig15 Section of crossbeam

11、 at main span圖 6 中跨系梁斷面Fig16 Section of main span girder圖 7 風(fēng)撐截面形式Fig17 Section of wind brace31315 吊桿與水平拉索鑄錨具。水平拉索的總索力約 19. 6kN,用以平衡中中跨吊桿順橋向間距 1315m, 共 28 對(duì), 為雙吊跨拱肋的恒載水平推力。桿。吊桿橫橋向與拱肋在一個(gè)平面內(nèi) ( 對(duì)稱傾斜314基礎(chǔ)設(shè)計(jì)1B5) 。31411主墩全橋共有二組水平拉索, 布置在兩片邊拱拱端。主墩基礎(chǔ)采用 <900mm 鋼管樁,樁尖標(biāo)高每組由8 根拉索組成, 拉索采用預(yù)制平行鋼絲索、冷-6310m - 6710

12、m。鋼管樁數(shù)量: 浦東主墩基礎(chǔ)共計(jì)# 74 #土 木 工 程 學(xué) 報(bào)2005 年118 根, 浦西主墩基礎(chǔ)考慮雪龍港局部加強(qiáng)共計(jì) 128 根。圖 8 立柱截面形式Fig18 Section of column主墩承臺(tái)高 315m。單個(gè)承臺(tái)平面尺寸2712m ( 縱 橋向) 1814 2115m ( 橫橋向) 。承臺(tái)橫橋向中心距 為51m, 承臺(tái)之間通過(guò)系梁連結(jié)。31412 地基加固 為加強(qiáng)主墩基礎(chǔ)對(duì)上部結(jié)構(gòu)水平力的抵抗能力,并限制主墩在水平力作用下的變位, 對(duì)主墩基礎(chǔ)的一 定范圍進(jìn)行了土體加固。土體加固采用格柵狀布置的 <700 水泥土攪拌樁, 河向側(cè)采用1000 旋噴樁方案, 樁樁相連

13、形成整體。 31413 拱座設(shè)計(jì)拱座是中跨、邊跨拱肋及大立柱的連接節(jié)點(diǎn), 同 時(shí)又是上部鋼結(jié)構(gòu)與下部混凝土承臺(tái)的連接節(jié)點(diǎn)。拱 肋通過(guò)拱座傳遞的垂直分力和水平分力達(dá) 20 30kN。 施工時(shí)拱座還傳遞大立柱的巨大垂直力。為克服 1P5 傾斜拱肋產(chǎn)生的橫橋向水平分力而施加的水平預(yù)應(yīng)力 也作用在拱座上, 作為這些力系交匯點(diǎn)的拱座受力復(fù) 雜, 是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。拱座設(shè)計(jì)采用鋼混凝土混合拱座, 分上部鋼拱座 和下部混凝土拱座, 即拱肋中板以上的矩形部分采用 鋼拱座將中跨與邊跨連接, 拱肋中板以下的梯形部分 通過(guò)端板直接作用在混凝土拱座上。拱肋的大部分順橋向水平分力直接通過(guò)鋼拱座傳 遞相互平衡, 垂直分力

14、及不平衡的順橋向水平分力、 彎矩則由鋼拱座底板、中跨、邊跨拱肋端板共同作用 傳遞至混凝土拱座。橫橋向水平分力通過(guò)承臺(tái)系梁中 的水平拉索平衡錨固在混凝土拱座上。大立柱的垂直 力通過(guò)鋼拱座傳遞給混凝土拱座及承臺(tái)。4 盧浦大橋和世界上已建成的大跨徑鋼拱橋 的用鋼量指標(biāo)比較從表 1 中可以看出, 盧浦大橋與世界上已建成的大跨徑拱橋相比, 用鋼量基本相近。這里需要特別說(shuō) 明兩點(diǎn): ( 1) 國(guó)外已建成的大跨徑拱橋都是建造在巖 石地基上的。而盧浦大橋則建造在軟土地基上, 因此 為了平衡拱的水平推力, 需額外增加強(qiáng)大的水平拉索 及相應(yīng)的錨固和支承構(gòu)造等的用鋼量。( 2) 隨著跨徑 的增大, 即使荷載保持不變

15、, 拱的受力 ( 軸力為主) 也將同步增大, 因而用鋼量指標(biāo)也將呈上升趨勢(shì)。表 1 盧浦大橋和其它大橋的用鋼量比較Table 1 Comparisons between the Lapu and other bridges跨度橋長(zhǎng)主拱間距鋼重用鋼指標(biāo)(m)(m)(m)( t)(tPm2)New River Gorge5181192316橋?qū)?550311425211 0( Arch)Sydney Harbor5021950219481 83700011508盧浦大橋550756321 0 ( 使用3449911426橋?qū)?291 8)( 11531)5 主橋施工概述盧浦大橋主橋?yàn)槿镐摴皹?

16、除鋼拱合龍段拱肋 端口采用一端栓接、一端焊接外, 其余拱肋、立柱和 橋面加勁梁的現(xiàn)場(chǎng)連接均采用焊接連結(jié)。主橋施工方 法可以歸納為以下三種不同施工方法的組合。511 主橋三角區(qū)結(jié)構(gòu)施工主要可以分成以下幾個(gè)部分( 1) 鋼拱座和大立柱采用 300t 履帶吊機(jī)分段吊裝 , 現(xiàn)場(chǎng)拼裝焊接。( 2) 鋼拱肋按不同的安裝位置采用了兩種施工工 藝。a) 岸上部分拱肋采用支架法, 分別用 350t 或 300t 履帶吊機(jī)分段吊裝。b) 水上部分拱肋采用斜拉 扣索法懸臂拼裝, 用 1000t 浮吊大分段吊裝。( 3) 橋面加勁梁根據(jù)不同條件用了三種安裝方 法。a) 部分岸上橋面加勁梁用兩臺(tái) 300t 履帶吊機(jī)雙

17、 機(jī)抬吊, 并帶載行走安裝到預(yù)設(shè)支架上。b) 部分節(jié) 段橋面加勁梁用 1000t 浮吊吊裝并利用滑移小車縱向 滑移就位。c) 其余節(jié)段橋面加勁梁則直接用 1000t 浮 吊吊裝到位。( 4) 錨箱及端橫梁采用支架法, 用 350t 履帶吊 機(jī)分段吊裝, 現(xiàn)場(chǎng)拼裝焊接。主橋三角區(qū)施工見(jiàn)圖 9。512 中跨主拱采用斜拉扣索法施工通過(guò)臨時(shí)索塔體系, 用拱上吊機(jī)將拱肋預(yù)制節(jié)段 吊裝就位, 然后進(jìn)行拱肋節(jié)段連接的現(xiàn)場(chǎng)焊接、安裝 臨時(shí)斜拉索, 隨后拱上吊機(jī)前移進(jìn)行下一節(jié)段拱肋的 安裝。主拱合龍采用自然降溫與少量外力頂推相結(jié)合 的方法成功完成了主拱合龍段的連接 ( 圖 10) 。第 38 卷 第 1 期林元培等# 上海市黃浦江盧浦大橋設(shè)計(jì)# 75 #圖 9 三角區(qū)施工Fig19 Construction of triangular zone圖 10 中跨主拱施工Fig110 Construction of arch ribs in the main span513 中跨橋面加勁梁和水平拉索的安裝施工借鑒了懸索橋的施工工藝6 主橋設(shè)計(jì)施工的關(guān)鍵技術(shù)研究采用輔助貓道法架設(shè)超長(zhǎng)、超重的水平拉索, 并用托架懸