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744米自锚飞燕式中承钢管系杆拱桥案例设计讲解

飞鸟式也称飞燕式,是钢管混凝土拱桥中极具特色的一种桥型。它是指两边跨为半跨悬臂上承式拱、主跨为中承式钢管混凝土拱,通过锚固于两边跨端部的拉索来平衡主跨大部分水平推力的桥梁结构,也有称自平衡式或自锚式的。飞鸟式桥型降低了平原地区或软基地区拱桥的下部与基础的工程量与造价,同时造型美观。飞鸟式钢管混凝土拱桥中的主跨、边跨、主拱墩及系杆4大组成部分四位一体,相互影响、相互依存,密不可分,无论哪一部分都无法独立存在。飞鸟式钢管混凝土拱桥总体设计的关键是使这4个组成部分形成有机的、受力合理的结构。

本文以东莞水道特大桥为例讲解自锚飞燕式中承钢管系杆拱桥设计。特大桥全长744m,双幅独立,主桥为自锚飞燕式中承钢管砼系杆拱。主跨280m,两边跨各50m,主桥全长380m。

特大桥引桥全部采用灌注桩基础,设承台、圆形三柱墩、上置盖梁。

桥位水文:地下水共三种类型

上层滞水:赋存于人工填土层,水量较小。

孔隙承压水:赋存于粗砂层中,水头与水道相同,受潮汐影响。

岩溶水:赋存于弱风化泥灰岩,水量不大。

桥位地质

地质勘探资料揭露的深度范围内,场区地层由上至下主要由七个单元层组成,依次为:人工填土→淤泥→淤泥夹细砂→粗砂→强风化泥灰岩→弱风化泥灰岩→微风化泥灰岩。

一幅桥面宽度26.1m,双幅独立且完全对称。主拱肋采用钢管砼拱空间四肢桁架。一幅桥两片拱肋,各分15节段施工和安装。肋间中距19.5m。矢跨比1/5,主拱肋轴线采用悬链线,拱轴系数m=1.5。预拱度拱顶取值△f=0.45m。计算矢跨271.5m,计算矢高54.3m,实际拱高59.1m。

第一、二节实心实腹段,上下弦管各为两根直径1000×18mm的Q345C钢管,上下弦两并列钢管间用12mm厚的Q345C缀板连接,上下弦管之间以腹板连接。

第一段质量65000kg,第二段质量64145kg。

第三~七节主拱肋

上下弦管Φ1000×16mm的Q345C钢管。

腹管为Φ500×12mm的Q345C空钢管。

拱节轴线长度及质量

三节:23.497m-62510kg

四节:22.202m-59930kg

五节:21.238m-58260kg

六节:20.567m-56760kg

七节:25.172m-61696kg

合拢段:15m-40.482kg

系杆:每幅桥32根系杆,每束系杆为31-Φ15.2环氧涂装钢绞线无粘结筋成品索,外包护层,属体外预应力体系。

导轮架:系杆体外定位装置。钢结构,托架四氟轴套。大致分A、B型。锚固在横梁上。

加劲纵梁:联系相邻横梁。每幅桥132片。

拱座砼分两次施工,预留槽口,主拱合拢节间焊接后,再封住槽口完成拱脚固结。端横梁及边拱肋作为系杆锚固端和平衡拱,采用现浇支架法施工,预埋系杆定位钢管。施工砼前,满堂架需经过预压。

主拱安装:采用缆索起重机吊装、节段扣挂法双肋合拢安装主拱肋。

吊装顺序:上游拱节→下游拱节→风撑。起吊→对位→节间栓接→挂扣索→扣索加力→松缆钩→缆索吊机复位。

缆索主塔和扣索塔分离,后锚为桩基础。扣挂体系组成为千斤顶及钢绞线,扣索采用钢绞线,千斤顶通过螺纹钢施加张力以便于调整主拱线型。

主拱合拢后,拱肋节段对称焊接,最后拱脚固结。第一、二实心、实腹段人工灌注砼。

飞燕式钢管混凝土拱桥设计计算分析

对这种结构在恒载作用下的受力性能、简化计算模型、系杆与桩基的受力特点等问题进行分析,供你有类似项目设计时参考。

飞鸟式钢管混凝土拱桥的系杆力估算式与边拱的弯矩平衡式,以及由两个算式得出的三跨飞鸟式拱的简化平衡方程式,以及由两个算式得出的三跨飞鸟式拱桥的简化平衡方程式,可供初步设计参考。还需要根据工程经验与已建桥梁的资料,在一些参数基本确定后,进行另一些参数的比较,它是一个反复的过程。系杆的初步选型可根据提出的公式估算。

飞鸟式拱采用系杆平衡了拱的水平推力的绝大部分,使桩基所受的水平推力极大地降低。

03、大跨径系杆拱桥系杆设计要点

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