1500m级跨海公铁两用协作体系桥梁研究

中铁大桥勘测设计院集团有限公司2019.05汇报人：肖海珠中铁大桥勘测设计院集团有限公司汇报主要内容中铁大桥勘测设计院集团有限公司概述1.1总体线路1.2桥梁概述1.3技术标准中铁大桥勘测设计院集团有限公司Ø宁波至舟山铁路西起宁波东站，终点站设在舟山（白泉）。Ø运营长度80km，新建长度66km。Ø全线新建车站4个（北仑西、金塘、马岙、舟山）。1.1总体线路铁路1概述桃夭门水道富翅门水道金塘水道西堠门水道中铁大桥勘测设计院集团有限公司甬舟高速公路复线起自宁波北仑好思房，经金塘岛、册子岛、富翅岛后，路线折至本岛北侧，沿舟山北向疏港公路走廊带至展茅，路线全长约77km。近期研究终点位于定海大沙，路线长约48km。1.1总体线路高速公路复线1概述中铁大桥勘测设计院集团有限公司1概述1.2桥梁概述西堠门公铁两用大桥Ø西堠门大桥是甬舟铁路及甬舟高速公路复线跨越西堠门水道的公铁合建跨海大桥，连接金塘岛和册子岛。桥梁全长3383.5m。中铁大桥勘测设计院集团有限公司1.3主要技术标准项目标准铁路等级客运专线正线数目双线设计速度250km/h线间距4.6m最大纵坡20‰到发线有效长度650m设计荷载ZK活载1概述铁路主要技术标准中铁大桥勘测设计院集团有限公司Ø公路等级：高速公路Ø设计速度：100km/hØ车道数：双向六车道Ø桥面宽度：33mØ设计荷载：公路－Ⅰ级1.3主要技术标准1概述公路主要技术标准中铁大桥勘测设计院集团有限公司桥位中铁大桥勘测设计院集团有限公司Ø西堠门公铁两用大桥位于既有西堠门公路大桥以北约2.8km处。2桥位选择2桥位拟建桥位鱼山石化500kV输电跨海工程西堠门公路大桥2.8km30万吨级原油码头及储油区西堠作业区中铁大桥勘测设计院集团有限公司Ø拟建桥位通过碗盏礁，可以减小金塘侧主墩基础水深。2桥位选择拟建桥位2.8km2桥位碗盏礁中铁大桥勘测设计院集团有限公司3建桥条件3.1水文桥渡设计值项目工程区域300百年一遇最大设计流速3.23m/s300百年重现期最高潮位（m）3.82m最低潮位（m）-2.69m最大潮差（m）4.87m波浪100年重现期浪高(m）8.81m中铁大桥勘测设计院集团有限公司3建桥条件Ø桥位处海域宽度2.7km。最大水深93m，大于80m水深宽700m，大于60m水深宽1km。Ø西堠门水道画有深水航路船舶定线制，桥位处宽度约1km。3.2水下地形及通航水下地形及定线制中铁大桥勘测设计院集团有限公司3建桥条件3.3气象项目名称定海北仑气温（℃）年平均16.7℃16.9℃极端最高42.3℃40.6℃极端最低-6.1℃-6.6℃雾年平均雾日数16.830.3天降雨年平均降水量(mm)1412.71347.2年平均降水天数(天)150149风年平均风速（m／s）2.84.5≥6级大风天数249305≥8级大风天数2545≥9级大风天数714气象资料中铁大桥勘测设计院集团有限公司3建桥条件3.3气象Ø根据《气象资料收集和风参数调研分析》专题初步成果，大桥设计基本风速为43.3m/s。颤振检验风速：82.3m/sØ地面粗糙度系数α值（高度100m及以下取0.13，100m以上取0.12）中铁大桥勘测设计院集团有限公司3建桥条件3.4地震Ø根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015），北仑至舟山区域地震动峰值加速度为0.10g，反应谱特征周期为0.35s。中铁大桥勘测设计院集团有限公司3建桥条件3.5工程地质工程地质Ø西堠门水道覆盖层主要以淤泥质土、黏性土为主，主要分布在距离岸边300～400m范围。厚度差异大，最厚达30m。Ø基岩主要为英安岩和流纹斑岩。中铁大桥勘测设计院集团有限公司3建桥条件水深、流急、风大、浪高、裸岩Ø水深：西堠门水道最大水深93m;Ø流急：不规则半日潮,最大流速3.23m/s；Ø浪高：百年重现期浪高8.81m;Ø风大：设计基本风速42.3m/s，颤振检验风速82.3m/s;Ø裸岩：海床基岩裸露，施工船舶抛锚困难。中铁大桥勘测设计院集团有限公司桥式方案4.1桥式方案构思4.2桥式方案比选4.3桥式方案设计中铁大桥勘测设计院集团有限公司4桥式方案4.1桥式方案构思Ø在碗盏礁上设墩，减少深水基础数量和规模，降低施工风险，跨度需大于1300m。Ø适合采用悬索桥或斜拉悬索协作体系桥。根据水下地形及地质条件，考虑将锚碇设置在岸上，边墩辅助墩避开深水区，并综合考虑其它方面因素，确定1488m主跨。Ø碗盏礁上主塔基础水深17～27m，册子岛侧主塔基础水深50～60m。中铁大桥勘测设计院集团有限公司4桥式方案Ø主跨1488m悬索桥或斜拉悬索协作体系桥方案。4.1桥式方案构思中铁大桥勘测设计院集团有限公司4桥式方案方案1488m悬索桥1488m协作体系桥抗风性能颤振临界风速89m/s，抗风性能满足要求颤振临界风速96.2m/s，抗风性能满足要求横向刚度（有车风）1/35181/2745竖向刚度（挠跨比）1/3011/420跨海桥建安费69.4亿63.6亿（-5.8亿）推荐意见比较方案推荐方案4.2主跨1488m桥式方案比选桥式方案比选中铁大桥勘测设计院集团有限公司4桥式方案Ø主梁方案比选主梁方案4.3主跨1488m协作体系桥式方案设计中铁大桥勘测设计院集团有限公司4桥式方案梁型钢桁梁整体钢箱梁分离式钢箱梁抗风性能颤振临界风速70m/s颤振临界风速63m/s颤振临界风速96.2m/s竖向刚度(铁路+公路)1/5461/4301/420横向刚度1/8221/17671/2745桥梁建安费66.5亿63.3亿63.6亿跨海桥+接线经济性经济性较差（0亿）经济性较好（-3.8亿）经济性较好（-3.4亿）推荐分离式钢箱梁Ø主梁方案比选主梁方案比选4.3主跨1488m协作体系桥式方案设计中铁大桥勘测设计院集团有限公司Ø主梁采用分离钢箱结构，总宽67m，铁路箱宽13m，公路箱宽17m，风嘴宽2m。主梁高度5m。Ø公路箱和铁路箱间采用箱形横梁连接，间距14m。Ø梁上斜拉索横向间距63m，吊索横向间距27.5m。4桥式方案主梁4.3主跨1488m协作体系桥式方案设计中铁大桥勘测设计院集团有限公司4桥式方案主塔及基础横断面布置Ø主塔方案比选4.3主跨1488m协作体系桥式方案设计中铁大桥勘测设计院集团有限公司4桥式方案Ø主塔采用A型，为混凝土结构；塔高294m。Ø纵桥向尺寸14～20m。主塔4.3主跨1488m协作体系桥式方案设计中铁大桥勘测设计院集团有限公司4桥式方案主塔基础4.3主跨1488m协作体系桥式方案设计Ø主塔基础方案比选中铁大桥勘测设计院集团有限公司4桥式方案主塔基础4.3主跨1488m协作体系桥式方案设计Ø主塔基础方案比选中铁大桥勘测设计院集团有限公司4桥式方案主塔基础4.3主跨1488m协作体系桥式方案设计Ø主塔基础方案比选中铁大桥勘测设计院集团有限公司4桥式方案Ø金塘侧主塔基础采用36根Φ4.0m钻孔灌注桩，承台平面为60.5×45.5m；Ø册子侧主塔基础采用42根Φ5.0m钻孔灌注桩，承台平面为83.2×55.3m；主塔基础4.3主跨1488m协作体系桥式方案设计Ø主塔基础方案比选中铁大桥勘测设计院集团有限公司4桥式方案Ø斜拉索斜拉索采用热镀锌φ7高强平行钢丝束，fpk=2000MPa。索面呈扇形布置，两索面在梁上横向间距63m。Ø主缆采用预制平行钢丝索股；每股由127根直径为5.5mm镀锌高强钢丝组成，钢丝强度等级为2000MPa。每根主缆由151股索股组成，主缆直径851mm。斜拉索、主缆4.3主跨1488m协作体系桥式方案设计中铁大桥勘测设计院集团有限公司4桥式方案Ø锚碇均位于岸上，采用重力式锚碇，基础为扩大基础，基底置于基岩上。金塘岛侧锚碇册子岛侧锚碇锚碇4.3主跨1488m协作体系桥式方案设计中铁大桥勘测设计院集团有限公司4桥式方案项目竖向刚度（挠跨比）横向刚度梁端转角（rad）列车列车+汽车有车风1488m协作体系桥1/5341/4201/27451.71‰刚度计算结果4.3主跨1488m协作体系桥式方案设计静力计算中铁大桥勘测设计院集团有限公司4桥式方案工况端吊索拉力端吊索应力端斜拉索拉力端斜拉索应力主缆力恒载15101415532327329070主力(最大)31462948854524384255主力(最小)668624667276326993主+附(最大)33523139191544387370主+附(最小)466444322256322815单位：kN，MPa关键部位内力4.3主跨1488m协作体系桥式方案设计静力计算中铁大桥勘测设计院集团有限公司4桥式方案工况端吊索轴力幅(kN)端吊索应力幅(MPa)端斜拉索轴力幅(kN)端斜拉索应力幅(MPa)公路荷载疲劳幅3112952631铁路荷载疲劳幅1072100165398组合疲劳幅13051222048121Ø交叉段端吊索规格2*PES7-139，端斜拉索规格PES7-439。交叉段疲劳验算结果4.3主跨1488m协作体系桥式方案设计静力计算中铁大桥勘测设计院集团有限公司4桥式方案工况塔底轴力塔底纵桥向剪力塔底横桥向剪力塔底纵桥向弯矩塔底横桥向弯矩恒载2259918484-461726802509主力(最大)24130801972515052841088639013主力(最小)2258614-23841-1216-3881532-650122主+附(最大)24169392742190356501868511380429主+附(最小)2255147-30958-90448-5821697-11375411单位：kN,kN.m关键部位内力4.3主跨1488m协作体系桥式方案设计静力计算中铁大桥勘测设计院集团有限公司4桥式方案公路箱铁路箱箱间横梁工况轴力弯矩轴力弯矩剪力恒载(最大)8073642073001205262706恒载(最小)-149207-60022-133880-124928-2561主力(最大)19542149396143122426973546主力(最小)-178253-187901-169359-320422-3509主+附(最大)53094196350215733228647338主+附(最小)-237836-243266-177563-418540-8611单位：kN,kN.m关键部位内力4.3主跨1488m协作体系桥式方案设计静力计算中铁大桥勘测设计院集团有限公司动力特性阶次频率振型阶次频率振型10.0654第一阶对称横弯110.1746边缆模态20.0967第一阶反对称竖弯+纵飘120.1746边缆模态30.1233第一阶对称竖弯130.1746边缆模态40.1548第一阶反对称横弯140.1770第二阶对称竖弯50.1664第二阶反对称竖弯150.1981主缆模态60.1684边缆模态160.1999主缆模态70.1688边缆模态170.2005主缆模态80.1738边缆模态180.2047主缆模态90.1739边缆模态190.2244第三阶反对称竖弯100.1745边缆模态200.2457第一阶对称扭转4桥式方案4.3主跨1488m协作体系桥式方案设计静力计算中铁大桥勘测设计院集团有限公司抗风性能研究结论Ø主梁颤振临界风速为96.2m/s，大于颤振检验风速82.3m/s，颤振稳定性能满足要求。4桥式方案4.3主跨1488m协作体系桥式方案设计动力计算中铁大桥勘测设计院集团有限公司Ø数值风洞计算表明，折线型断面涡振不满足要求。折线型断面流线型断面4.3主跨1488m协作体系桥式方案设计动力计算4桥式方案中铁大桥勘测设计院集团有限公司Ø数值风洞计算表明，折线型断面涡振不满足要求。流线型断面分离箱满足要求。4.3主跨1488m协作体系桥式方案设计动力计算4桥式方案中铁大桥勘测设计院集团有限公司风-车-桥耦合振动分析结论Ø在无风环境下：CRH2动车组以车速160km/h～250km/h运行时桥梁的动力性能均满足要求，列车的运行安全性有保证，乘坐舒适性均达到“优”。列车位置平均风速车速迎风侧