上海市黄浦江卢浦大桥设计pdf

第38卷第1期土木工程学报Vol138No112005年1月CHINACIVILENGINEERINGJOURNALJan12005上海市黄浦江卢浦大桥设计林元培章曾焕马周良(上海市政工程设计研究院)(上海市城市建设设计研究院)摘要:卢浦大桥为主跨550m的中承式拱梁组合体系钢拱桥。桥下通航净空46@340m。桥面使用宽度2918m(双向6车道)。该桥为目前世界上跨径最大的拱桥。本文介绍此桥设计的有关内容。关键词:钢拱桥;设计中图分类号:U448文献标识码:A文章编号:1000-131X(2005)01-0071-07LUPUARCHBRIDGE,SHANGHAILinYuanpeiZhangZenghuanMabiaoZhouLiang(ShanghaiMunicipalEngineeringDesignInstitute)(ShanghaiUrbanConstructionDesign&ResearchInstitute)Abstract:TheLupuBridgeisasteelhalf-throughtiedarchbridgewithspans100m+550m+100m.Theriseofmain-spanarchis100m.Thebridgehas6lanesintwowaysandthewidthofthedeckforserviceisabout2918m.Thebridgeistheworld.slargestspanarchbridgeatprecent.Thispaperintroducesonthedesignofthisarchbridge.Keywords:steelarchbridge;designkNPm2。1工程概况抗震:地震基本烈度7度。鲁班路越江工程位于上海市区的南面,是市区穿3主桥总体设计越南北快速干道的重要节点,也是市区建设的黄浦江第七座越江设施。工程按规划走向,北起南北高架道311建筑造型和主桥结构体系路干线上的鲁班路立交北端预留接口,向南跨过黄浦目前世界上已建成的大跨径拱桥如美国新河谷桥江后与济阳路接顺,沿规划济阳路至外环线(环南一(跨径518m)和澳大利亚悉尼桥(跨径503m)均为桁大道),主线基本为南北走向,工程范围全长817km,架拱桥,从建筑造型角度看,箱型拱桥方案具有杆件全线红线宽度40~50m。主桥桥位距下游南浦大桥数量少,构造简洁、美观等优点。施工图设计阶段,3km,距上游徐浦大桥约7km。根据初设评审专家和国内著名建筑专家的意见,卢浦大桥主桥的设计方案又进行了数次优化、细化和深2主要设计技术标准化。最终卢浦大桥主桥采用变高度钢箱型拱桥方案。优化后的卢浦大桥建筑造型更为美观、简洁、流畅。道路等级:城市主干道。主桥桥型结构采用适合上海软土地基的中承式系设计车速:60kmPh。杆拱桥。主桥两边跨端横梁之间布置强大的水平拉最大纵坡:主线5%,匝道614%。索,以平衡中跨拱肋的水平推力。加劲梁通过吊杆或主桥桥宽:双向六车道,车行道总宽24150m;立柱支承于拱肋之上。边跨加劲梁分别在中跨和边跨每侧观光人行道宽210m。的拱梁交汇处与拱肋固结。中跨加劲梁的两端支承于航道净空:净高46m(含2m富裕高度),净宽中跨拱梁交汇处的横梁上,端支承为纵向滑动支座,340m。横向和纵向设置阻尼限位装置。其结构体系见图1所计算荷载:汽车-20级,验算荷载:挂车-100。示。人群荷载:4kNPm2,全桥均布人群荷载:214收稿日期:2004-11-04#72#土木工程学报2005年图1主桥结构体系示意图Fig11Bridgeelevationandplan312主桥跨径组合与纵向线形设计桥位处黄浦江规划岸线宽度为480m。主桥一跨过江、江中不设墩。主桥中孔跨径550m、矢高100m(矢跨比fPL=1P515),跨径组合:100m+550m+100m=750m。主桥桥面竖曲线半径:R=9000m。桥面最大纵坡:215%,横坡:2%。313上部结构设计31311拱肋拱肋截面形状为陀螺形,其截面见图2所示。中拱截面总高910~610m,边拱截面总高910~710m。拱肋上半箱为矩形截面:宽510m,中跨部分从拱脚610m高渐变至拱顶的310m高,边跨部分则为610~410m高;下半箱为倒梯形截面:顶宽510m,底宽图2拱肋截面310m,高310m。中拱顶板厚30~32mm,拱梁结合段Fig12Sectionofarchrib加厚至65mm;底板厚42~45mm,拱梁结合段加厚至31375m。中跨系梁通过吊杆支撑于拱肋之上。中跨系65mm;腹板厚22mm,拱梁结合段加厚至32mm;中板厚20mm,拱梁结合段加厚至30mm;边拱顶板厚梁两端则通过支座与中跨拱梁结合段横梁相连接。31313风撑30mm,底板厚40mm,腹板厚20mm,中板厚20mm。拱肋加劲采用T型加劲。桥面以上全桥共设25道一字形风撑,水平间距1315m,风撑为变高度矩形截面,顶底板分别与拱肋31312系梁及横梁的顶板、中板对齐。桥面以上第一道风撑高约413m,边跨三角区系梁截面为闭口钢箱梁,其截面见图宽411m,其它风撑高41115~21942m,宽211m。3所示。箱梁宽4110m,高217m。顶板厚13mm,U桥面以下每侧边拱、中拱分别设2道K撑。K撑形加劲厚6mm,底板厚10mm,横梁间距31375m。边跨系梁与拱肋、立柱、边拱末端横梁、中跨拱梁结合亦为矩形截面,高约216m,宽216~311m。风撑截面形式详见图7。段横梁固结。边拱末端横梁、中跨拱梁结合段横梁是31314立柱联系拱肋之间以及拱梁之间的重要构件,其构造设计分别见图4、图5。一侧边跨三角区系梁下共设4@2根立柱。立柱为矩形截面,其中主墩顶大立柱断面为5m@5m,其中跨系梁为开口钢箱梁,即双主梁(箱梁)+横小立柱断面为5m@215m。立柱截面详见图8。梁结构体系,其截面见图6所示。箱梁宽3915m,高217m。顶板厚14mm,U形加劲厚8mm,横梁间距为第38卷第1期林元培等#上海市黄浦江卢浦大桥设计#73#图3边跨系梁断面Fig13Sectionofsidespangirder图4尾端横梁截面图5中跨横梁截面Fig14SectionofendcrossbeamatsidespanFig15Sectionofcrossbeamatmainspan图6中跨系梁断面Fig16Sectionofmainspangirder图7风撑截面形式Fig17Sectionofwindbrace31315吊杆与水平拉索铸锚具。水平拉索的总索力约19.6kN,用以平衡中中跨吊杆顺桥向间距1315m,共28对,为双吊跨拱肋的恒载水平推力。杆。吊杆横桥向与拱肋在一个平面内(对称倾斜314基础设计1B5)。31411主墩全桥共有二组水平拉索,布置在两片边拱拱端。主墩基础采用900mm钢管桩,桩尖标高每组由8根拉索组成,拉索采用预制平行钢丝索、冷-6310m~-6710m。钢管桩数量:浦东主墩基础共计#74#土木工程学报2005年118根,浦西主墩基础考虑雪龙港局部加强共计128根。图8立柱截面形式Fig18Sectionofcolumn主墩承台高315m。单个承台平面尺寸2712m(纵桥向)@1814~2115m(横桥向)。承台横桥向中心距为51m,承台之间通过系梁连结。31412地基加固为加强主墩基础对上部结构水平力的抵抗能力,并限制主墩在水平力作用下的变位,对主墩基础的一定范围进行了土体加固。土体加固采用格栅状布置的700水泥土搅拌桩,河向侧采用1000旋喷桩方案,桩桩相连形成整体。31413拱座设计拱座是中跨、边跨拱肋及大立柱的连接节点,同时又是上部钢结构与下部混凝土承台的连接节点。拱肋通过拱座传递的垂直分力和水平分力达20~30kN。施工时拱座还传递大立柱的巨大垂直力。为克服1P5倾斜拱肋产生的横桥向水平分力而施加的水平预应力也作用在拱座上,作为这些力系交汇点的拱座受力复杂,是设计的关键节点。拱座设计采用钢混凝土混合拱座,分上部钢拱座和下部混凝土拱座,即拱肋中板以上的矩形部分采用钢拱座将中跨与边跨连接,拱肋中板以下的梯形部分通过端板直接作用在混凝土拱座上。拱肋的大部分顺桥向水平分力直接通过钢拱座传递相互平衡,垂直分力及不平衡的顺桥向水平分力、弯矩则由钢拱座底板、中跨、边跨拱肋端板共同作用传递至混凝土拱座。横桥向水平分力通过承台系梁中的水平拉索平衡锚固在混凝土拱座上。大立柱的垂直力通过钢拱座传递给混凝土拱座及承台。4卢浦大桥和世界上已建成的大跨径钢拱桥的用钢量指标比较从表1中可以看出,卢浦大桥与世界上已建成的大跨径拱桥相比,用钢量基本相近。这里需要特别说明两点:(1)国外已建成的大跨径拱桥都是建造在岩石地基上的。而卢浦大桥则建造在软土地基上,因此为了平衡拱的水平推力,需额外增加强大的水平拉索及相应的锚固和支承构造等的用钢量。(2)随着跨径的增大,即使荷载保持不变,拱的受力(轴力为主)也将同步增大,因而用钢量指标也将呈上升趋势。表1卢浦大桥和其它大桥的用钢量比较Table1ComparisonsbetweentheLapuandotherbridges跨度桥长主拱间距钢重用钢指标(m)(m)(m)(t)(tPm2)NewRiverGorge5181192316桥宽15503114252110(Arch)SydneyHarbor502195021948183700011508卢浦大桥5507563210(使用3449911426桥宽2918)(11531)5主桥施工概述卢浦大桥主桥为全焊钢拱桥,除钢拱合龙段拱肋端口采用一端栓接、一端焊接外,其余拱肋、立柱和桥面加劲梁的现场连接均采用焊接连结。主桥施工方法可以归纳为以下三种不同施工方法的组合。511主桥三角区结构施工主要可以分成以下几个部分(1)钢拱座和大立柱采用300t履带吊机分段吊装,现场拼装焊接。(2)钢拱肋按不同的安装位置采用了两种施工工艺。a)岸上部分拱肋采用支架法,分别用350t或300t履带吊机分段吊装。b)水上部分拱肋采用斜拉扣索法悬臂拼装,用1000t浮吊大分段吊装。(3)桥面加劲梁根据不同条件用了三种安装方法。a)部分岸上桥面加劲梁用两台300t履带吊机双机抬吊,并带载行走安装到预设支架上。b)部分节段桥面加劲梁用1000t浮吊吊装并利用滑移小车纵向滑移就位。c)其余节段桥面加劲梁则直接用1000t浮吊吊装到位。(4)锚箱及端横梁采用支架法,用350t履带吊机分段吊装,现场拼装焊接。主桥三角区施工见图9。512中跨主拱采用斜拉扣索法施工通过临时索塔体系,用拱上吊机将拱肋预制节段吊装就位,然后进行拱肋节段连接的现场焊接、安装临时斜拉索,随后拱上吊机前移进行下一节段拱肋的安装。主拱合龙采用自然降温与少量外力顶推相结合的方法成功完成了主拱合龙段的连接(图10)。第38卷第1期林元培等#上海市黄浦江卢浦大桥设计#75#图9三角区施工Fig19Constructionoftriangularzone图10中跨主拱施工Fig110Constructionofarchribsinthemainspan513中跨桥面加劲梁和水平拉索的安装施工借鉴了悬索桥的施工工艺6主桥设计施工的关键技术研究采用辅助猫道法架设超长、超重的水平拉索,并用托架悬挂体系作为施工过程中桥面加劲梁尚未安装国外大跨径钢拱桥多采用桁架拱,卢浦大桥是目到位时水平拉索的临时支承点。中跨桥面加劲梁采用前世界上首座采用箱型拱结构的特大型拱桥,在设计改造后的拱上桥面吊机逐段进行吊装直至桥面加劲梁上有所创新。主拱截面高6~9m、宽5m。主拱呈提合龙。在对水平拉索的索力和中跨桥面加劲梁的安装篮式的空间结构型态,主拱立面线型为高次悬链线,标高进行全面调整后,通过现场焊接完成中跨桥面加横桥向以1B5向桥中心内倾,并与主梁、主墩、墩座劲梁节段的连接(图11)。等构造交错连接。上述布置确保大桥结构的整体受力