金江金沙江大桥设计桥梁文章 2007-10-16 02:07:33 阅读138 评论0 字号：大中小
摘要：金沙江大桥设计中的桥型及跨径选择、结构设计、抗震设计、其它设计考虑。
关键字：金沙江大桥设计
前言
金江金沙江大桥位于西攀高速公路止点及攀田高速公路起点，在攀枝花市金江乡大鱼乍 石村金江机械厂横跨金沙江，桥区属河谷侵蚀及堆积地貌。
1、桥型及跨径的选择
桥区金沙江河面宽200～400米，桥轴线处主河槽宽270米左右，攀枝花岸河滩下为低液限粘土。桥位位于巴拉河汇入金沙江处下游，西昌岸的山体在此处形成一凸入金沙江的山嘴，洪水期金沙江在此形成顺河宽方向约80米、顺河流方向约100米范围内的湍急的回旋区。金沙江水流湍急，江中不宜设墩，桥跨只能选择为一跨跨越金沙江。
将两主墩位于金沙江岸边，若攀枝花岸主墩向云南方向移动，金江互通式立交加、减速车道将伸入主桥，导致主桥宽度变化，带来施工的困难；若向河心方向移动，主墩将距岸边陡岩太近，对基础安全不利；若继续向河心方向移动则主墩将位于河滩上，河滩下为较厚的低液限粘土，对抗震极为不利，并且主墩的施工水位约为3～4米；西昌岸主墩位于岸边的地方公路上，若向河心方向移动，主墩将位于陡岸边，将不可避免地引起基础及岸坡的冲刷，若向山上移动则造成西昌岸挖方量急剧增大。
考虑到以上因素，将主桥中跨跨径定为324米，边跨跨径为156.5米，此时两岸主墩均位于干处施工，同时与陡岩有足够的安全距离，又避免了江水冲刷。
2、结构设计
主桥结构形式采用双塔、双索面、密索、对称扇形布置、预应力砼三角箱型断面主梁、塔梁分离的半飘浮体系结构。为了提高主梁刚度、改善结构动力特性，金沙江两岸各设一辅助墩。
(1)、主梁
主桥箱梁采用C65砼， 采用预应力砼分离式三角形箱型断面，梁中心高300厘米，顶板厚25厘米，三角箱形的底部宽150厘米，侧腹板厚25厘米，竖腹板厚35厘米，箱梁全宽2540厘米。桥面设置2％的双向横坡，由箱梁顶板形成。
跨高比L/h为108，宽高比B/h为7.5接近8小于10,具有较好抗风稳定性，同时三角型箱梁具有较好的流线型。跨宽比L/B等于14.4小于15～20，符合动力稳定的要求，不易发生风致振动。经计算本桥抗风稳定性分级为I级。
（2）、斜拉索
塔高H约为0.25倍主跨跨径,斜拉索倾角按tan(ɑ)约为0.5来控制。采用密索体系，各索之间自振频率不一致相互干扰，不易产生共振，同时斜拉索对砼主梁振动产生阻尼，降低了主梁风振危险性；但是塔附近斜拉索容易退出工作，因而塔下索距加大，采用竖直索代替倾角较大的斜索。
斜拉索采用Фj15.24高强低松弛镀锌钢绞线成品索，其标准强度1860MPa。斜拉索的组成由单根独立包裹PE材料的钢绞线加PE材料外包管。
（3）、索塔
索塔采用“H”形索塔、空心薄壁箱型截面。上塔柱顺桥向宽6.2米、横桥向宽4米；中塔柱横桥向宽4米、下塔柱横桥向宽度由4米渐变到7米，顺桥向宽度由中塔柱顶6.2米渐变到下塔柱底部9米。上塔柱高52.832米，中塔柱高41.118米，下塔柱高25米。
（4）、拉压支座
主梁交界墩墩顶设拉压支座，要求纵向最大位移量为48厘米。
（5）、主墩
主墩墩身采用单箱3室空心薄壁截面，两侧均设有分水尖，其基础采用承台加钻孔灌注桩基，桩基布置采用横桥向4排、纵桥向4排。
3、抗震设计
桥区位于川滇南北向构造带中部相对的稳定区，区域构造以南北向断裂为主。据四川省地震局工程地震研究所《西攀高速公路金沙江大桥工程场地地震危险性概率分析及场地地震动参数的确定》报告进行地震分析计算。
斜拉桥是一种长周期的柔性结构，地震荷载作用下内力反应一般不起控制作用而由位移控制。要求桥梁在强震时处于弹性状态是不经济的，结构的极限承载能力要求将构件的内力限制在规定值内，导致要求比较高的结构位移，因而可能产生对构件的特殊延性要求，需要对构件塑性铰附近作专门的设计，以防止塑性铰的破坏和结构的坍塌。在各国的抗震规范中，其共同点是在强震情况下不容许出现坍塌，但一定程度的损坏是可以接受的。所有基于能力设计的地震规范的一个共同特征是对构件细节的关心，以确保结构进入塑性变形后的整体性。
因此本桥采用双水准抗震设计，所谓双水准设计即偶遇地震作用下的极限承载能力设计和罕遇地震作用下的变形能力设计。本桥计算了两个概率水准的结果，其中概率水准P1、P2分别取为50年超越概率10％和80年超越概率5％。
历次地震中发生的桥梁震害使人们认识到，要提高桥梁抗震能力不能单纯依靠结构的强度，减震和隔震设计思想是利用材料或装置的耗能性能，达到减小结构地震反应的目的。因此，本桥设计为塔梁弹性约束体系，即在主塔的两侧设置弹性索，一端固定在主塔下横梁上，另一端固定在主梁上。
4、其它设计考虑
攀枝花市属亚热带干燥型河谷气候。干、湿季节分明，气温最高可达40.7°C，最低为－1.4°C。多年平均相对湿度60％。
（1）、砼强度及收缩徐变问题
一般说能提高混凝土早期强度的因素，都会影响混凝土后期强度的增长，早期的高强度所带来的后患是混凝土结构物提早劣化，因此本桥主梁禁止使用早强混凝土。
由于攀枝花湿度较低，砼收缩量较大，在设计中充分考虑了干燥的气候对混凝土的收缩影响。
（2）、温度自应力问题
日照和骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因。由于攀枝花日温差较大，采用《公桥规-85》中的温度梯度低估了非线性温度对结构的影响，因而在进行日照和骤然降温内力计算时，经过对美国、英国BS5400、新西兰、新铁规作比较，认为BS5400规范中的规定较适合攀枝花的实际情况。因此本桥非线性温度采用BS5400规范进行计算，非线性升温最大值13.5度、非线性降温最大值－8.4度。
参考文献：
1、 《金沙江大桥抗震分析与设计报告》，重庆交通科研设计院，2003.5
2、 《西攀高速公路金沙江大桥工程场地地震危险性概率分析及场地地震动参数的确定》，四川省地震局工程地震研究所，1999.6；
