关于万县长江大桥的分析报告

关于万州万州长江大桥的分析报告

二〇一二年十月三十号

《工程力学》学习项目一：工程结构受力分析

【任务描述】以小组为单位，选取某个实际工程为研究对象（如某座斜拉桥、某座拱桥、某个挡土墙、某个码头、某个房屋结构等），小组内部研讨分析该结构荷载的传递（受力图描述），完成一篇自拟题目的报告。

【时间要求】利用课余时间，2周内完成。

【项目咨询】1、任何问题可首先与对应班级负责人联系咨询；2、直接与指导教师进行联系

学习任务单一

一、概述:

万州长江大桥原名万县长江大桥，公路桥。万州长江公路大桥建在现重庆市万州区黄牛孔子江江面，是连接318国道线的一座特大型公路配套桥，是长江上第一座单孔跨江公路大桥，也是当时世界上同类型跨度最大的拱桥。全桥长814米，宽23米，桥拱净跨420米，桥面距江面高140米。主桥于1994年5月开工建设，1997年5月竣工通车。大桥在中国土木工程学会2004年第16届年会上入选首届《全国十佳桥梁》，名列拱桥首位。

万州长江大桥全长856.12米，主拱圈为钢管混凝土劲性骨架箱型混凝土结构，主跨420米，桥面宽24米，为双向四车道，是世界最大跨径的混凝土拱桥。由重庆交通大学土木建筑学院顾安邦教授主研完成，设计施工技术的研究成果获国家科技进步一等奖。

该桥为劲性骨架钢管混凝土上承式拱桥，单孔跨江，无水下基础，跨度雄居世界同类桥梁首位。主拱圈采用钢管与劲性骨架组合的钢筋混凝土箱形截面，采用缆索吊装和悬臂扣挂的方法施工。该桥的建成，使我国的拱桥建筑水平处于世界领先地位。

万县长江大桥是国家主干线上海至成都公路在重庆万州跨越长江的一座特大型公路桥梁。大桥主孔跨径420m，全长856m，桥面全宽24m，桥高147m(枯水位以上)。主拱轴线为悬链线，矢跨比1／5，拱轴系数1.6。拱圈为单箱三室截面，箱高7m，宽16m，拱箱标准段顶、底板各厚0.4m，腹板厚0.3m，拱脚段顶、底板各厚0.8m，腹板厚0.6m。拱上及引桥为同一孔跨贯通布置，共27孔30.668m预应力混凝土T梁，桥面连续。拱圈采用钢管混凝土劲性骨架外包C60级高强混凝土复合结构。其中钢管混凝土劲性骨架先期是施工构架，在拱圈形成后它就成为拱圈内的劲性钢筋。下部结构为钢筋混凝土重力式桥台；引桥上部结构为预应力钢筋混混凝土简支梁，下部结构为钢筋混凝土薄壁墩。大桥于1994年5月开工、1997年6月竣工，是当

时世界上跨径和规模最大的钢筋混凝土拱桥。

二、该桥的技术特点：

1、计算特点：

在设计上开拓性地提出了拱圈强度验算的非线性综合分析法，对拱圈形成过程仿真，可以分析各种非线性影响，建立了施工过程非线性稳定分析法，可以考虑几何非线性、材料非线性、个体结构先期失稳对整体稳定性的影响；研究出能确保骨架线性

安装精度和拱圈混凝土浇筑中结构安全的二级施工控制方法。

通过对万县长江大桥的线性分析发现：（1）混凝土徐变收缩（时间效应）使拱的挠度、钢骨架和混凝土应力增加较多。（2）几何非线性对这种类型的劲性骨架拱桥影响不大，可以忽略。（3）若有较好的传力条件则钢管屈服不会使结构应力分布和变形发生较大变化。

2、在施工中成功开发了钢管混凝土劲性骨架成拱方法：

以轻质高强的钢管混凝土作拱圈劲性骨架。研究和实践证明，钢管混凝土具有套箍（高强）、模版、支架三种作用，较好地解决了用钢量省、施工安装重量轻、方便而承载力又高的矛盾。既节省了钢材的使用量，又加大了拱跨，大大节约了资金投入。钢管混凝土既是发展大跨拱桥的新材料，又具有优异的劲性骨架性能。

采用劲性钢管骨架法施工的拱桥，其施工步骤是先安装劲性钢管骨架，并向钢管内泵送混凝土，形成钢管混凝土劲性骨架。然后分环浇筑拱圈混凝土，劲性骨架则由独立的杆件逐步的成为拱圈截面的永久性配筋。全施工过程按结构性质讲，将经历五种状态：（1）劲性骨架状态，这纯粹是处在弹性工作阶段的的钢结构问题。在泵送管内混凝土时，混泥土重量仍是荷载，而承重结构只是钢结构。

（2）劲性骨架里填充混凝土状态。向安装好的劲性钢管骨架内泵送混凝土，形成钢管混凝土劲性骨架，钢管与混凝土共同受力。

（3）劲性骨架的一部分被混凝土包裹的状态：当混凝土还未硬

凝时，混凝土重量仍是荷载。但当混凝土硬凝之后，由于混凝土的截面比骨架杆件大，在结构受力时，主要是由混凝土截面承受轴向应力及应变，而骨架杆件因为截面较小，其作用次之。这是即使钢管因应力过大而屈服，也不可能带来任何危险。应按照杆件的第二类稳定问题，考虑材料的非弹性，以及横向荷载，推算压杆的变形及其承载能力。

（4）劲性骨架全部被包裹的状态。此时整个构件形成混凝土拱肋。

（5）成桥状态。可以完全算是混凝土拱了。

3、大吨位、多节段缆索吊装悬拼技术：

劲性骨架36节段无支架缆索吊装当时在国内尚属首次。全桥骨架共36节桁段吊运安装逐步由两岸拱脚向拱顶进行悬拼，直至合拢。安装高程由扣索调整。每节桁段组成一个“扣索单元”，其中第一段悬拼，第二段“临扣”，第三段“正扣”。全桥36节段共设12组“正扣”，2组“临扣”（两岸各一半）

扣锚体系的计算采用电算程序仿斜拉桥安装顺序进行，按索力大小及计算高程进行张拉、扣挂，直至合拢。

三、该工程的主要新技术应用与科技创新：

1、设计计算方法方面：

提出了拱圈强度验算的非线性综合分析法，并通过了1／5节段模型试验验证；根据有限元基本原理，建立了施工过程非线性稳定性分析方法，并通过1／10全桥模型试验验证；根据劲性骨架混凝土拱桥的特点，提出了两级控制的施工控制方法，使大跨混凝土拱桥的施工控制技术走向科学化；通过研究变截面空心薄壁杆几何特性、力学特性的变化规律，提出了变截面空心薄壁高立柱稳定计算的解析公式；

2、施工工艺技术方面：

根据四川省率先修建钢管混凝土拱桥的实践经验，提出了钢管混凝土劲性骨架的成拱方法，发展了大跨混凝土拱桥建造技术；发展了大吨位、多节段缆索吊装、扣挂悬拼技术；发展了桥用高强混凝土配制、生产、输送(长距离、大落差、双泵接力)工艺技术；根据传统的(拱圈混凝土浇筑)多点法，提出"六工作面"对称同步浇筑法，发展了拱圈混凝土的均衡浇筑技术；

3、新材料、新结构措施应用方面：

在桥梁领域首次采用钢管混凝土、C60高强混凝土为拱圈材料，并形成新的复合结构，为桥用高强材料和复合结构提供了新经验；针对大桥两岸地质特点，提出了组合式钢架桥台的创新设计；采用系列技术措施，解决了大跨混凝土拱桥上构造轻型化问题；针对万州地区酸雨严重的大气环境，采用了混凝土表面防护技术。

二〇一二年十月三十号