韩国首尔西海Seohae大桥的主桥设计

文章编号:1671-2579(2009)04-0104-03韩国首尔西海(Seo hae )大桥的主桥设计裴炳志1,2,江建斌2,岳丽娜3　编译(1.东南大学交通学院,江苏南京　210092;2.湖北省交通规划设计院;3.武汉理工大学)摘　要:该文主要介绍了韩国西海(Seohae )大桥主桥的设计和施工特点。

该桥主桥是一座迭合梁斜拉桥,主跨470m ,设计为双向六车道,其设计的主要特点就是便于施工和维护,施工中主要采用缆索或浮吊提升方法。

关键词:桥梁工程;斜拉桥;索支承桥;组合箱梁收稿日期:2008-11-20 西海(Seohae )大桥位于韩国首都首尔以南约65km ,是韩国境内目前最长的大桥。

大桥跨越牙山湾(Asan Bay ),连接北边的平泽(Pyongtaek )和南部的唐津郡(Tangjin ),总长9.4km 。

主桥全长990m ,主桥由长870m 的3跨斜拉桥和2个60m 端跨组成。

斜拉桥中跨为470m ,边跨为200m 。

跨中通航净空高度为62m ,双向六车道,单向三车道。

桥型布置图见图1。

图1　西海大桥桥型布置图(单位:m )最终设计确定为方案比选中的一个。

最终方案保留了方案比选设计的总体尺寸,如跨径、桥面板外形等,与比选方案设计明显的区别在于主梁横断面,塔柱外形以及结构体系。

按合同约定主桥必须为规定跨径、全长为990m 的组合结构。

1　结构体系跨度990m 的主桥由一座三跨斜拉桥(200+470+200)m 和2个跨径均为60m 的简支梁端跨组成。

由于斜拉桥的边跨跨径均不到中间主跨跨径的一半,主梁在交界墩处会产生上拔力,故将斜拉桥边跨与两端跨的简支梁进行铰接以消除此上拔力,斜拉桥和端跨可以相对转动但不允许发生其他方向的位移。

在铰接接缝处填塞少量的封缝填料。

两端跨远离主桥的梁端各安置一个大的伸缩连接装置来释放大桥的纵向位移,由于斜拉桥端部的拉索锚固区结构非常复杂,大型 (1)对于桥梁建设中采用的特大跨缆索吊机,传统的承重索计算方法(各跨分别计算)带来的误差已经不能满足工程要求。

(2)经工程实例验证,本文将缆索吊机各跨承重索作为一个整体,推导出的承重索的张力状态方程,能有效提高承重索的计算准确性。

4　结语北盘江大桥缆索吊机系统在钢桁梁节段吊运施工过程中运行平顺稳定,状态良好;有力地保证了北盘江特大桥施工的顺利进行。

实际工程良好的应用效果表明准确地进行承重索的计算分析及合理的构造设计能有效地提高大负载缆索吊机在大跨度桥梁施工中的运营性能,为今后超大跨度桥梁施工中施工缆索吊机的设计应用提供了参考。

参考文献:[1]　余常俊,沈柏安.跨越峡谷的缆索吊设计与施工[J ].公路交通科技,2007(4).[2]　SL 375-2007,缆索起重机技术条件[S].[3]　周继祖.缆索吊车[M ].北京:中国铁道出版社,1981.[4]　王海林.考虑边跨影响时双吊重缆索吊机计算理论[J ].科技情报开发与经济,1997(1).401　中　外　公　路第29卷　第4期2009年8月伸缩装置远离这一区域是一种更可取的解决方案。

为了解决主桥跨中和梁端的剪力滞效应,桥面板的横向和纵向均采用后张预应力以产生必要的压应力来减小预期的拉应力,使拉应力控制在容许范围内。

主梁在P Y2索塔处铰支,而在P Y1索塔处则自由。

为了激活带有铰支承的塔柱在气流运动、地震等动力荷载下的水平约束作用,采用L UD 装置连接塔柱和梁。

L UD 装置允许缓慢位移,但在急速运动中会有抑振作用。

因此,这种结构体系在静力荷载和动力荷载作用下会有不同的反应。

1.1　主梁大桥主梁由两间距为34m 纵向钢梁组成,两纵向钢梁之间设置间距为4.1m 的钢横梁,如图2所示。

桥面板为310mm 厚的预制混凝土板。

预制桥面板均为如澡盆一样的凹形构件,板厚由靠近塔柱的310mm 逐渐减少到跨中的260mm ,较厚的板厚有利于传递现浇缝处的弯矩和轴力。

塔柱附近主梁的压应力很大,故此区域内的桥面板厚度均为310mm。

图2　端主梁和横梁图(单位:mm ) 预制桥面板铺装完后用无收缩混凝土填充板间缝隙,在边主梁处,加厚的现浇无收缩混凝土板同预制板连成一体。

采用剪力钉来传递混凝土与主梁间的剪力。

1.2　边主梁边主梁的腹板高2.8m ;上翼缘板标准尺寸为500mm ×50mm ,为适应拉索锚固空间的需要,只有在腹板的内侧有上翼缘。

下翼缘受拉区域的边梁,竖向加劲肋焊接在侧板上,侧板则栓接在边梁底缘,这样可以显著提高底缘翼板的抗疲劳特性。

拉索的锚拉板直接与腹板的侧面焊接,这样拉索拉力产生的偏心荷载可以忽略不计;锚拉板与腹板间的焊接具有优异的抗疲劳性能。

由于斜拉桥边跨的跨径不到中跨跨径的一半,所以斜拉桥两边跨尾索区的拉索间距将相对较密集;便于为拉索锚固和支撑边跨主梁的大尺寸端横梁提供空间,密集的尾索区梁段梁高设计为5m 。

1.3　横梁设计的钢横梁不考虑与混凝土桥面板共同作用,单独承受结构所有恒载;而实际施工中,浇注桥面板缝之前,用一个倒置的主桁架顶起横梁,这样全部恒载实际上是由横梁和桥面板组成的组合结构承受。

采取这种保守的方法是基于两点考虑的,首先,这样可以在桥面板中产生一定的压应力以减少桥面板开裂的可能性。

其次,在将来对桥面板进行必要的维修时,可以不需要临时支撑。

1.4　后张预应力桥面板为了解决跨中和梁端的剪力滞效应,桥面板横向和纵向均采用后张拉预应力来提供所需的预压应力,从而使预想的拉应力控制在可以接受的范围内。

1.5　端横梁斜拉桥主梁两梁端采用巨大的混凝土横梁,这样有利于将尾索区4对拉索的巨大拉力传递到边主梁和桥面板。

端横梁与边跨60m 简支梁主梁相连。

端横梁两端同钢纵梁采用横向后张预应力筋连接,后张预应力同时提供预抬力来抵消端横梁自重和端横梁上的荷载。

同时,在边梁和桥面板之间设置剪力钉提供足够的抗剪性能。

1.6　索塔如图3所示,索塔自承台以上高180m ,每个索塔由两个箱形截面柱组成,从顺桥向看,塔柱的外轮廓尺寸由承台处的15.7m 变化到塔顶处的6.6m ,从横桥向看,塔柱在桥面板以下为6m ,桥面板以上为4m 。

一般塔柱4m 一段浇注,而上横梁以上拉索锚固区按2.1m 一段浇注。

1.7　斜拉索每侧索面共72根拉索,拉索规格由(37<15.2～91<15.2)7股一束的预应力钢绞线组成。

钢束由弗莱西涅(Freyssinet )公司提供,钢丝束表层镀锌后涂蜡,501　2009年第4期　裴炳志,等:韩国首尔西海(Seohae )大桥的主桥设计图3　索塔纵向和横向立面图(单位:m )每束钢绞线均采用单独的护套,最后不灌浆直接放入PE 管中。

在PE 护套的表层缠绕固定螺旋线以改善拉索的空气动力性能。

拉索均采用在索塔端张拉,这样在索塔内集中张拉拉索的操作具有更高的效率,如图4所示。

拉索梁端锚固区方便地置于桥面以上,这样在安装拉索和将来进行检修时可以不需要特殊的平台。

拉索均设计为可以在运营过程中更换。

图4　梁端拉索锚固示意图2　施工当索塔下横梁施工完成后,采用大型浮吊将索塔区桥面板吊装到位,巨大的横梁分成小的节段同样采用大型浮吊吊装到位,如图5所示。

每个索塔均有两道上横梁,下面一道上横梁在下横梁上预制现浇,并且采用与下横梁一样的方法吊装到位,而剩下的一道上横梁则在已经安装到位的上横梁上浇筑完成。

设计单位(T.Y.Lin 国际公司)进行了详细的施工过程分析,提供结构的各施工阶段每个部位的受力图5　施工示意图情况。

施工过程中出现与分析不一致的受力情况时,数据将被回代到程序中进行补充分析,任何情况下,计算分析要反映出结构的实际受力情况。

同时计算分析还提供任何施工阶段梁段的理论预拱度及相应的应力分布情况。

梁段线形可以通过调索来调整。

3　计算分析通过调整索力可以将梁段中恒载产生的弯矩减少到最小。

采用CEB -FIP 推荐的公式来估算收缩和徐变效应。

设计和施工阶段的计算均采用TAN GO 软件。

收缩徐变效应取决于施工过程中的结构内力,迭合梁的混凝土桥面板由于始终处于受压状态,徐变会引起桥面板内的应力重分布并使桥面板产生局部变形,而这种局部变形又导致结构应力的重分配,所以设计必须考虑所有的时间区段,在西海(Seohae )大桥的设计过程中,计算分析考虑了30年的影响,30年后,认为徐变可以忽略不计。

施工阶段的计算分析必须将桥面板中的拉应力调试到一个容许的范围内以控制桥面板的开裂。

桥面板间现浇缝的剪力传递同样需要谨慎考虑,特别是当现浇缝混凝土龄期较短的时候,容易出现开裂。

由于桥面板间的现浇缝既有横桥向的也有纵桥向的,桥面板与边主梁及横梁间的剪力需要准确控制。

节段模型和空气弹性模型的风洞试验均验证了大桥在设计风速下的稳定性。

运营期的设计风速为53m/s ,施工过程中设计风速为38m/s ,临界颤振风速为65m/s 。

———编译自:Man -Chung TAN G ,Dennis J AN G.Design of t he Main Spans of t he Seohae Grand Bridge [C ].Proceeding of IABSE Symposium ,Shanghai ,2004:218～219.601 中　外　公　路 第29卷　。