泰州长江大桥设计及创新ppt课件

泰州长江大桥设计及创新泰州长江大桥设计及创新韩大章韩大章江江苏苏省省交交通通规规划划设设计计院院有有限限公公司司泰州长江大桥设计及创新韩大章江苏省交通规划设计院有限公司1.1.项目概况及技术标准项目概况及技术标准2.2.主桥方案选择主桥方案选择3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计4.4.关键技术问题及创新关键技术问题及创新 汇汇 报报 内内 容容1.项目概况及技术标准 汇 报 内 容1.1.项目概况及技术标准项目概况及技术标准 泰泰州州大大桥位位于于江江苏省省长江江中中段段，北北接接泰泰州州市市，南南连镇江江市市和和常常州州市市，大大桥上游距上游距润扬大大桥66km66km，下游距江阴大，下游距江阴大桥57km57km。镇江市扬州市扬中市常州市泰州大桥泰州大桥润扬大桥润扬大桥江阴大桥江阴大桥泰州市1.项目概况及技术标准 泰州大桥位于江苏省长江中段1.1.项目概况及技术标准项目概况及技术标准 n 泰泰州州长长江江公公路路大大桥桥位位于于江江苏苏省省长长江江的的中中段段，处处于于江江阴阴长长江江大大桥桥和和润润扬扬长长江江大大桥桥之之间间，北北接接泰泰州州市市，南南联联镇镇江江市和常州市市和常州市 项项目目全全长长62.088km62.088km，包包括括主主江江大大桥桥和和夹夹江江大大桥桥及及相相应应引引桥桥接接线线工工程程。项项目目总总投投资资93.793.7亿亿元元，项项目目总总工工期期为为5 5年年半。半。n项项目目区区域域地地貌貌上上属属长长江江三三角角洲洲冲冲积积平平原原区区，地地势势平平坦坦开开阔阔1.项目概况及技术标准 泰州长江公路大桥位于江苏省长江的 跨江大桥工程包括主江大桥工程和夹江大桥工程。跨江大桥工程包括主江大桥工程和夹江大桥工程。主江大桥的主江大桥的起点为北岸引桥桥台与北岸接线工程的交界点，起点桩起点为北岸引桥桥台与北岸接线工程的交界点，起点桩号为号为K12+795.000；终点为南岸引桥桥台与南岸接线工程的交界点，终点；终点为南岸引桥桥台与南岸接线工程的交界点，终点桩号为桩号为K19+564.286；全长；全长6769.286 m。夹江大桥的起点在夹江大桥的起点在K22+597.75处，终点在处，终点在K25+412.75，全长，全长2815 m 1.1.项目概况及技术标准项目概况及技术标准 跨江大桥工程包括主江大桥工程和夹江大桥工程。1.项n 公路等级：公路等级：双向六车道高速公路双向六车道高速公路n 设计车速：设计车速：100 km/h100 km/hn 桥梁结构设计基准期：桥梁结构设计基准期：100100年年n 车辆荷载等级：车辆荷载等级：公路公路-I-I级级n 桥面净空及标准横断面：桥梁标准宽度：桥面净空及标准横断面：桥梁标准宽度：33 m33 m，净空高度为，净空高度为5m5m1.1.项目概况及技术标准项目概况及技术标准 n 纵坡：纵坡：3%3%n 横坡：横坡：2 2n 抗震设防标准：抗震设防标准：公路等级：双向六车道高速公路1.n 抗风设计标准：抗风设计标准：运营阶段设计重现期：运营阶段设计重现期：100100年年 施工阶段设计重现期：施工阶段设计重现期：10103030年，根据具体情况采用年，根据具体情况采用 n 设计洪水频率：主桥、引桥设计洪水频率：主桥、引桥1/3001/300n 跨江大桥设计水位：跨江大桥设计水位：(85(85国家高程系统国家高程系统 )1.1.项目概况及技术标准项目概况及技术标准 n 通航净空尺度：通航净空尺度：760+220m760+220m，净高净高5050m,24mm,24m1.项目概况及技术标准 通航净空尺度：760+220m，1.1.项目概况及技术标准项目概况及技术标准2.2.主桥方案选择主桥方案选择3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计4.4.关键技术问题及创新关键技术问题及创新1.项目概况及技术标准n 桥位区大部分河床面高程桥位区大部分河床面高程在在-15-15-20m-20m间间n 深泓在右侧、最深处河床深泓在右侧、最深处河床高程高程-30m-30mn 2.0m 2.0m高程水面线宽约高程水面线宽约2100m2100mn 左岸边坡较缓，一般在左岸边坡较缓，一般在1 1：3 3n 右岸的边坡较陡，接近右岸的边坡较陡，接近1 1：2 2 河床断面一般情况河床断面一般情况桥位区水下地形桥位区水下地形桥位河床断面桥位河床断面2.2.主桥方案选择主桥方案选择 桥位区大部分河床面高程河床断面一般情况桥位区水下地形桥位河桥型方案构思桥型方案构思2.2.主桥方案选择主桥方案选择 桥型方案构思2.主桥方案选择 2.2.主桥方案选择主桥方案选择 桥型方案比选桥型方案比选2.主桥方案选择 桥型方案比选2.2.主桥方案选择主桥方案选择 桥型方案比选桥型方案比选2.主桥方案选择 桥型方案比选 结合大桥桥位河床断面特性及桥位处的自然环境条件，以最大限结合大桥桥位河床断面特性及桥位处的自然环境条件，以最大限度保障通航、保障长江深水岸线利用、建设节约型工程为根本出发点，度保障通航、保障长江深水岸线利用、建设节约型工程为根本出发点，主桥最终选择了主桥最终选择了三塔两跨悬索桥三塔两跨悬索桥方案，跨径布置为方案，跨径布置为390+1080+1080+390m390+1080+1080+390m。为世界首次建造千米级三塔两主跨悬索桥。为世界首次建造千米级三塔两主跨悬索桥。桥位下游长江桥位下游长江北岸岸线利用北岸岸线利用 结合大桥桥位河床断面特性及桥位处的自然环境条件设计阶段基础资料、专题及科研成果报告一览表设计阶段基础资料、专题及科研成果报告一览表 设计阶段基础资料、专题及科研成果报告一览表 1.1.项目概况及技术标准项目概况及技术标准2.2.主桥方案选择主桥方案选择3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计4.4.关键技术问题及创新关键技术问题及创新1.项目概况及技术标准日本来岛大桥3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 3.1 3.1 多塔悬索桥国内外设计及研究现状多塔悬索桥国内外设计及研究现状日本来岛大桥3.三塔悬索桥设计 3.1 多塔悬索桥国内外设美国旧金山奥克兰海湾大桥日本南、北备讚濑户大桥3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 3.1 3.1 多塔悬索桥国内外设计及研究现状多塔悬索桥国内外设计及研究现状 以前，在需连续大跨布置时，多将两座或三座悬索桥联袂布置，以前，在需连续大跨布置时，多将两座或三座悬索桥联袂布置，中间共用锚碇中间共用锚碇。美国旧金山奥克兰海湾大桥日本南、北备讚濑户大桥3.三塔悬 位于法国中部的Chateauneuf桥是一座五跨悬索桥，建于1840年，1937年重建，桥宽7m，跨径布置为49.15m+3x59.50m+49.15m。3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 3.1 3.1 多塔悬索桥国内外设计及研究现状多塔悬索桥国内外设计及研究现状 19 19世纪和世纪和2020世纪上半叶，欧洲建造了多座小跨径多塔悬索桥，大世纪上半叶，欧洲建造了多座小跨径多塔悬索桥，大部分采用塔顶纵向水平束来提高结构刚度。部分采用塔顶纵向水平束来提高结构刚度。位于法国中部的Chateauneuf桥是一座五跨悬索莫桑比克Save河桥 1965年莫桑比克建成的Save河桥2（见下图）是目前在正式文献中唯一见到的已建多跨悬索桥，在莫桑比克独立前由其宗主国葡萄牙设计和建造。该桥为五跨连续无加劲斜吊索悬索桥，跨径布置为110+3210+110m，全长870m，桥宽10.6m 莫桑比克Save河桥 1965年莫桑比克建成 1961 1961年年7 7月建成日本小鸣门桥两个主跨均为月建成日本小鸣门桥两个主跨均为160m160m，总长为，总长为441.4m441.4m，桥宽为，桥宽为7m7m，中塔为钢筋混凝土，中塔为钢筋混凝土A A形塔。形塔。3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 3.1 3.1 多塔悬索桥国内外设计及研究现状多塔悬索桥国内外设计及研究现状 1961年7月建成日本小鸣门桥两个主跨均为160m，智利智利ChacaoChacao海峡悬索桥海峡悬索桥主跨跨径为主跨跨径为1055m+1100m1055m+1100m，采用钢加劲梁，全宽，采用钢加劲梁，全宽23.3m23.3m，高，高3.5m3.5m，为双向四车道；主缆，为双向四车道；主缆间距为间距为21.6m21.6m；中间塔采用；中间塔采用A A型中塔，型中塔，以保证其刚度。以保证其刚度。该桥因资金筹措原因至今未实际该桥因资金筹措原因至今未实际展开。展开。智利Chacao海峡悬索桥加劲梁断面3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 3.1 3.1 多塔悬索桥国内外设计及研究现状多塔悬索桥国内外设计及研究现状 智利Chacao海峡悬索桥主跨跨径为1055m+110 青岛海湾大桥青岛海湾大桥的工可曾提出主跨的工可曾提出主跨2x1200m1200m的三塔悬索桥的三塔悬索桥方案。方案。阳逻大桥阳逻大桥的初步设计提出主跨的初步设计提出主跨2x700m2x700m的三塔悬索桥的三塔悬索桥方案，中塔采用方案，中塔采用混凝土混凝土A A型塔型塔 3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 3.1 3.1 多塔悬索桥国内外设计及研究现状多塔悬索桥国内外设计及研究现状 青岛海湾大桥的工可曾提出主跨2x1200m的三塔悬索桥跨布置为：桥跨布置为：390+1080+1080+390m390+1080+1080+390m三塔悬索桥跨布置三塔悬索桥跨布置3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 3.2 3.2 结构方案设计结构方案设计桥跨布置为：三塔悬索桥跨布置3.三塔悬索桥设计 3.2 结三塔悬索桥跨布置三塔悬索桥跨布置三塔悬索桥墩位三塔悬索桥墩位 右岸岸坡较陡，主塔距水边的距右岸岸坡较陡，主塔距水边的距离稍许加大，以避免主塔基础施离稍许加大，以避免主塔基础施工堆载对边坡造成不利影响工堆载对边坡造成不利影响 。右岸坡较陡，右边塔不宜向江中右岸坡较陡，右边塔不宜向江中移动，如主跨跨度减小为移动，如主跨跨度减小为2x1040m2x1040m，由于南边塔控制点不，由于南边塔控制点不动北边塔塔向江中移动动北边塔塔向江中移动80m80m，主，主跨跨度减小跨跨度减小3.7%3.7%，主塔基础设置，主塔基础设置在在-2.0m-2.0m的浅水中，施工大为不的浅水中，施工大为不便。便。桥位处桥位处2.0m2.0m高程水面线宽度高程水面线宽度2100m 2100m 3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 3.2 3.2 结构方案设计结构方案设计三塔悬索桥跨布置三塔悬索桥墩位 右岸岸坡较陡，主塔距水边的距北锚碇位置选择北锚碇位置选择 南锚碇位置选择南锚碇位置选择 北北锚锚前前沿沿距距大大堤堤最最小小水水平平距距离离134m134m，另一个方向，另一个方向175m175m。考考虑虑到到结结构构对对称称性性和和景景观观上上的的需需要要，南岸边跨也取为南岸边跨也取为390m390m。南南锚锚碇碇前前沿沿距距大大堤堤堤堤顶顶的的水水平平距距离离较较北岸大，为北岸大，为193m193m，三塔悬索桥跨布置三塔悬索桥跨布置3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 3.2 3.2 结构方案设计结构方案设计北锚碇位置选择 南锚碇位置选择 北锚前沿距大堤最小水平距离1n 桥跨结构合理的竖向刚度桥跨结构合理的竖向刚度n 主缆与鞍座间抗滑移安全主缆与鞍座间抗滑移安全n 中塔本身的强度及稳定安全中塔本身的强度及稳定安全n 尽量降低工程数量尽量降低工程数量主要目标主要目标n 中塔的刚度（材料、外形、塔高）中塔的刚度（材料、外形、塔高）n 结构支承体系（支承模式、中央扣等）结构支承体系（支承模式、中央扣等）关键关键结构行为特点结构行为特点3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 3.2 3.2 结构方案设计结构方案设计 桥跨结构合理的竖向刚度主要目标 中塔的刚度（材料、外形、塔三塔悬索桥结构比选三塔悬索桥结构比选 n中中 塔塔n支承体系支承体系n其其 它它塔型塔型边中塔高差边中塔高差材料材料结构比选结构比选 A A型塔型塔I I型塔型塔人字型塔人字型塔混凝土混凝土钢钢钢与混凝土混合钢与混凝土混合塔梁间纵、横、竖向连接塔梁间纵、横、竖向连接中央扣中央扣矢跨比矢跨比边塔边塔主梁高度主梁高度中塔基础中塔基础锚碇基础等锚碇基础等3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 三塔悬索桥结构比选 中 塔塔型结构比选 A型塔混凝土塔梁间n 桥跨竖向刚度合适桥跨竖向刚度合适n 主缆与鞍座间抗滑移问题得到较好的解决主缆与鞍座间抗滑移问题得到较好的解决n 中塔强度安全有保障中塔强度安全有保障n 中塔稳定满足规范要求中塔稳定满足规范要求n 中塔及中塔基础工程规模较小中塔及中塔基础工程规模较小 比选一般原则比选一般原则 n A A型塔型塔n I I型塔型塔n 人字型塔人字型塔中塔考虑塔型中塔考虑塔型 中塔方案比选中塔方案比选3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 桥跨竖向刚度合适比选一般原则 A型塔中塔考虑塔型 中中塔方案比选中塔方案比选 结论：结论：方案一作为中塔推荐方案。方案一作为中塔推荐方案。3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 中塔方案比选 结论：方案一作为中塔推荐方案。3.三塔悬索桥结论：结论：与中塔推荐方案对应的方案一作为边塔推荐方案。与中塔推荐方案对应的方案一作为边塔推荐方案。边塔方案比选边塔方案比选 3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 结论：与中塔推荐方案对应的方案一作为边塔推荐方案。边塔方案比边塔刚度比较边塔刚度比较 n边塔刚度对主要构件内力和变形基本没有影响。边塔刚度对主要构件内力和变形基本没有影响。3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 边塔刚度比较 边塔刚度对主要构件内力和变形基本没有影响。3.中边塔高度比较中边塔高度比较 塔高比较的主要结果塔高比较的主要结果3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 中边塔高度比较 塔高比较的主要结果3.三塔悬索桥设计 中边塔高度比较中边塔高度比较 塔高比较的主要结果塔高比较的主要结果塔高比较结论塔高比较结论 经多方面综合比选经多方面综合比选,再考虑景观因素，最终采用中塔较边塔高再考虑景观因素，最终采用中塔较边塔高20m（第三方案）的主塔高度方案。（第三方案）的主塔高度方案。3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 中边塔高度比较 塔高比较的主要结果塔高比较结论3.三塔悬索支承体系比选支承体系比选1 1、主梁与中塔的竖向连接、主梁与中塔的竖向连接n竖向竖向支座竖向竖向支座n设设0 0吊索吊索n梁塔间竖向不约束梁塔间竖向不约束 结论：结论：中塔处不设竖向刚性约束、但设竖向限位挡块的支承中塔处不设竖向刚性约束、但设竖向限位挡块的支承方式。方式。通过上下游竖向限位挡块联合作用，使主梁的扭转振动得到通过上下游竖向限位挡块联合作用，使主梁的扭转振动得到一定程度的约束，对于减小风荷载作用下扭转振动的振幅有所帮助。一定程度的约束，对于减小风荷载作用下扭转振动的振幅有所帮助。3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 支承体系比选1、主梁与中塔的竖向连接3.三塔悬索桥设计 支承体系比选支承体系比选2 2、主梁与中塔的纵向连接、主梁与中塔的纵向连接n纵向不约束纵向不约束n弹性索约束弹性索约束n刚性挡块约束刚性挡块约束梁塔间纵向设约束梁塔间纵向设约束n显著提高主缆与中主鞍座间抗滑移安全系数显著提高主缆与中主鞍座间抗滑移安全系数n减小加劲梁竖向挠度减小加劲梁竖向挠度n改善中主塔受力改善中主塔受力n极大的减小加劲梁纵向活载位移极大的减小加劲梁纵向活载位移 结论：主梁与中塔间设置纵向弹性约束，构造相对简单结论：主梁与中塔间设置纵向弹性约束，构造相对简单 3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 支承体系比选2、主梁与中塔的纵向连接3.三塔悬索桥设计 支承体系比选支承体系比选3 3、中央扣、中央扣n不设中央扣不设中央扣n设一对柔性中央扣设一对柔性中央扣n设三对柔性中央扣设三对柔性中央扣3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 支承体系比选3、中央扣3.三塔悬索桥设计 支承体系比选支承体系比选结论：不采用设中央扣方案。结论：不采用设中央扣方案。3 3、中央扣、中央扣优点：优点：减小加劲梁纵向活载位移减小加劲梁纵向活载位移只设置一对中央扣，效果不显著只设置一对中央扣，效果不显著设三对中央扣，对抗滑移及加载跨的挠度有改善设三对中央扣，对抗滑移及加载跨的挠度有改善缺点：缺点：存在卸载、疲劳破坏隐忧存在卸载、疲劳破坏隐忧主梁上的锚固构造比较复杂主梁上的锚固构造比较复杂弹性索的拉力有较大增加弹性索的拉力有较大增加3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 支承体系比选结论：不采用设中央扣方案。3、中央扣3.三塔悬矢跨比比选矢跨比比选随主缆矢跨比的减小：随主缆矢跨比的减小：n 主缆丝股的抗滑安全系数主缆丝股的抗滑安全系数 K K 有所增加，但增加幅度不大有所增加，但增加幅度不大n 对中塔截面的应力影响不大对中塔截面的应力影响不大 n 主梁挠度同步增加主梁挠度同步增加 n 主缆、锚碇的工程数量增加主缆、锚碇的工程数量增加3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 矢跨比比选随主缆矢跨比的减小：3.三塔悬索桥设计 随着主缆矢跨比减小：随着主缆矢跨比减小：n 扭转基频减小扭转基频减小n 竖弯基频增加竖弯基频增加n 扭弯频率比减小扭弯频率比减小n 颤振临界风速减小颤振临界风速减小综合全桥静、动力分综合全桥静、动力分析比选，以减少工程数量析比选，以减少工程数量为考量，三塔悬索桥方案为考量，三塔悬索桥方案主缆矢跨比采用主缆矢跨比采用1/91/9。矢跨比比选矢跨比比选3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 随着主缆矢跨比减小：矢跨比比选3.三塔悬索桥设计 加劲梁梁高比较加劲梁梁高比较 n加劲梁高度的变化，对活载挠度有轻微影响加劲梁高度的变化，对活载挠度有轻微影响n对其他指标基本没有影响。对其他指标基本没有影响。3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 加劲梁梁高比较 加劲梁高度的变化，对活载挠度有轻微影响3.加劲梁梁高比较加劲梁梁高比较 梁高增大，对提高抗风稳定梁高增大，对提高抗风稳定性十分有利。性十分有利。3.5m3.5m比比3.0m3.0m增加的钢料有限增加的钢料有限结论：综合静动力比较，初结论：综合静动力比较，初步设计加劲梁高度取步设计加劲梁高度取3.5m3.5m。3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 加劲梁梁高比较 梁高增大，对提高抗风稳定性十分有利。3.三中塔基础比选中塔基础比选 n 圆形沉井圆形沉井n 矩形沉井矩形沉井n 群桩基础群桩基础 118118根根3.1m/2.8m3.1m/2.8m钻孔钻孔灌注桩。桩长灌注桩。桩长105m105m。长宽高长宽高58.658.644.5 76m直径直径64m,高高76m3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 中塔基础比选 118根3.1m/2.8m钻孔灌注桩。桩中塔基础比选中塔基础比选经综合比较经综合比较,圆角矩形沉井优于圆形沉井。圆角矩形沉井优于圆形沉井。3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 中塔基础比选经综合比较,圆角矩形沉井优于圆形沉井。3.三中塔基础比选中塔基础比选经综合比较经综合比较,推荐沉井方案。推荐沉井方案。3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 中塔基础比选经综合比较,推荐沉井方案。3.三塔悬索桥设计锚碇基础方案比选锚碇基础方案比选矩形沉井基础矩形沉井基础北锚碇北锚碇52.0m58.857m52.0m58.857m；南锚碇；南锚碇50.0m56.851m50.0m56.851m。矩矩形形沉沉井井3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 锚碇基础方案比选矩形沉井基础北锚碇52.0m58.85锚碇基础方案比选锚碇基础方案比选圆形沉井基础圆形沉井基础北锚外径北锚外径65m65m，南锚外径，南锚外径63m63m，沉井高分别为，沉井高分别为57m57m和和51m51m。圆圆形形沉沉井井3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 锚碇基础方案比选圆形沉井基础北锚外径65m，南锚外径63m锚碇沉井基础方案比选锚碇沉井基础方案比选矩形沉井布置紧凑，与锚碇外形良好匹配，纵向刚度大，受力合理。矩形沉井布置紧凑，与锚碇外形良好匹配，纵向刚度大，受力合理。结论：结论：推荐矩形沉井基础方案。推荐矩形沉井基础方案。矩形沉井与圆形沉井工程数量比较矩形沉井与圆形沉井工程数量比较(以北锚为例以北锚为例)3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 锚碇沉井基础方案比选矩形沉井布置紧凑，与锚碇外形良好匹配，不同持力层沉井工程数量比较表不同持力层沉井工程数量比较表浅埋：浅埋：由于软塑的亚粘土（北锚）和稍密的粉砂（南锚）承载力太低，由于软塑的亚粘土（北锚）和稍密的粉砂（南锚）承载力太低，易沉降，不宜作为持力层。故不考虑该方案。易沉降，不宜作为持力层。故不考虑该方案。中埋、深埋的比中埋、深埋的比较：虽然深埋于然深埋于中砂中砂层的地基承的地基承载力力较中埋于中埋于粉砂粉砂层要要大，但由于大，但由于锚碇受力的特点决定了沉井的最小平面尺寸是由基底的偏心碇受力的特点决定了沉井的最小平面尺寸是由基底的偏心距控制的。深埋距控制的。深埋时沉井平面尺寸沉井平面尺寸为52.850m52.850m，深度，深度65m65m，因此工程数量、，因此工程数量、施工施工难度和度和费用均大于中埋方案。用均大于中埋方案。3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 锚碇沉井埋深比选锚碇沉井埋深比选不同持力层沉井工程数量比较表浅埋：由于软塑的亚粘土（北锚）主要主要计算算结果果 锚碇沉井埋深比选锚碇沉井埋深比选3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 主要计算结果 锚碇沉井埋深比选3.三塔悬索桥设计 锚碇基础方案比选锚碇基础方案比选地下连续墙地下连续墙外形尺寸与沉井相同，墙体锚固于基底以下外形尺寸与沉井相同，墙体锚固于基底以下29m29m（北锚）和（北锚）和26m26m（南锚）（南锚）南锚墙体高南锚墙体高77m77m，北锚墙体高，北锚墙体高86m86m。3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 锚碇基础方案比选地下连续墙外形尺寸与沉井相同，墙体锚固于基底锚碇基础方案比选锚碇基础方案比选结论：推荐矩形沉井基础方案。结论：推荐矩形沉井基础方案。3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 锚碇基础方案比选3.三塔悬索桥设计 主桥结构方案主要比选一览表主桥结构方案主要比选一览表3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 主桥结构方案主要比选一览表3.三塔悬索桥设计 支承体系支承体系3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 3.2 3.2 结构方案设计结构方案设计支承体系3.三塔悬索桥设计 3.2 结构方案设计主缆和吊索主缆和吊索 n每每根根主主缆缆由由169169股股索索股股组组成成，每每根根索索股股由由9191丝直径为丝直径为5.2mm5.2mm的镀锌高强钢丝组成。的镀锌高强钢丝组成。n钢钢丝丝极极限限抗抗拉拉强强度度为为1670MPa1670MPa，单单根根索索股股无应力长约无应力长约3100m3100m。n吊索采用高强平行钢丝，吊索标准间距吊索采用高强平行钢丝，吊索标准间距为为16.0m16.0m，钢丝标准强度为，钢丝标准强度为1670MPa1670MPa。上下。上下两端均采用销接式，锚头采用热铸锚。两端均采用销接式，锚头采用热铸锚。n 索夹采用销接式，索夹材料采用索夹采用销接式，索夹材料采用ZG20SiMnZG20SiMn 3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 3.2 3.2 结构方案设计结构方案设计n主缆矢跨比采用主缆矢跨比采用1/91/9，主缆横向中心距为，主缆横向中心距为34.8m34.8m。主缆和吊索 每根主缆由169股索股组成，每根索股由91丝直径加劲梁加劲梁 梁高梁高3.5m3.5m，全宽，全宽39.1m39.1m，内侧普通车道和紧急停车带顶板厚，内侧普通车道和紧急停车带顶板厚14mm14mm，并采，并采用用6mm6mm厚厚U U形肋加劲，外侧重车道形肋加劲，外侧重车道6m6m范围内顶板厚范围内顶板厚16mm16mm，并采用，并采用8mm8mm厚厚U U形肋加形肋加劲，采用劲，采用Q345dQ345d钢。钢。3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 3.2 3.2 结构方案设计结构方案设计加劲梁 梁高3.5m，全宽39.1m，内侧普通车道和紧边塔设计边塔设计 n 群桩基础，单桩直径群桩基础，单桩直径2.8m2.8m，共，共4646根，桩长根，桩长98m98m（南塔）（南塔）和和103m103m（北塔），按摩擦桩（北塔），按摩擦桩设计；设计；n 哑铃型承台，平面尺寸哑铃型承台，平面尺寸32.632.556m32.632.556m，厚，厚6m6m；3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 3.2 3.2 结构方案设计结构方案设计n混凝土索塔，塔高混凝土索塔，塔高175.7m175.7m。边塔设计 3.三塔悬索桥设计 3.2 结构方案设计混凝土索边塔基础边塔基础 n 北边塔北边塔4646根根 3.1 3.12.8m2.8m钻孔灌注桩，桩长钻孔灌注桩，桩长103m103m，n 南边塔南边塔4646根根 3.1 3.12.8m2.8m钻孔灌注桩，桩长钻孔灌注桩，桩长98m98m。n 承台平面尺寸为承台平面尺寸为78.06m 78.06m 32.8m32.8m，厚，厚6m,6m,为哑铃状。为哑铃状。3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 3.2 3.2 结构方案设计结构方案设计边塔基础 北边塔46根 3.12.8m钻孔灌注桩，桩锚体结构锚体结构 n 南北锚碇结构相同。南北锚碇结构相同。n 后锚体高度为后锚体高度为18.4818.48米，锚碇长度米，锚碇长度50.350.3米，后锚体横向宽度米，后锚体横向宽度4747米。米。3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 3.2 3.2 结构方案设计结构方案设计锚体结构 南北锚碇结构相同。3.三塔悬索桥设计 3.2 南锚碇基础南锚碇基础 n 南锚碇采用南锚碇采用52.0m67.9m52.0m67.9m，沉井高，沉井高41m41m，平面布置了，平面布置了2020个井孔。个井孔。n 沉井底节沉井底节8m8m为钢壳混凝土，其余节为钢筋混凝土。为钢壳混凝土，其余节为钢筋混凝土。3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 3.2 3.2 结构方案设计结构方案设计南锚碇基础 3.三塔悬索桥设计 3.2 结构方案设计北锚碇基础北锚碇基础 n 北锚沉井采用北锚沉井采用52.0m67.9m52.0m67.9m，沉井高，沉井高57m57m，平面布置了，平面布置了2020个井孔个井孔n 沉井底节沉井底节8m8m为钢壳混凝土，其余节为钢筋混凝土。为钢壳混凝土，其余节为钢筋混凝土。3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 3.2 3.2 结构方案设计结构方案设计北锚碇基础 3.三塔悬索桥设计 3.2 结构方案设计中塔基础中塔基础 n 平面尺寸为平面尺寸为58m 58m 44m44mn 钢沉井高钢沉井高38m38m，砼沉，砼沉井高井高38m38m，沉井总高，沉井总高76m76m。n 整个沉井基础将下整个沉井基础将下沉到标高沉到标高-70m-70m的深度，的深度，施工中受水流、潮汐、施工中受水流、潮汐、大风、河床冲刷等不利大风、河床冲刷等不利因素影响，技术难度极因素影响，技术难度极大。大。3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 3.2 3.2 结构方案设计结构方案设计中塔基础 平面尺寸为58m 44m3.三塔悬索桥设计 中塔防撞措施中塔防撞措施 根据船舶撞击数模分析及基础防撞研究报告：n 低水位斜角度撞击时，球鼻艏可能直接撞击井壁；n 高水位斜角度撞击时，船舶的艏部前端结构可能直接撞击墩身。5万吨级船舶低水位45度角撞击分析 5万吨级船舶高水位斜角度撞墩身分析 3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 中塔防撞措施 根据船舶撞击数模分析及基础防撞研究报告：5 为避免塔身遭到大型船舶的撞击，考虑在井冒外加钢质套箱，钢质套箱的设置有以下二个方案：中塔防撞措施中塔防撞措施 3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 为避免塔身遭到大型船舶的撞击，考虑在井冒外加钢质套箱主要施工步骤主要施工步骤n 钢沉井制造、拼装、下河钢沉井制造、拼装、下河n 钢沉井浮运、在墩位或拼装码头处接高，墩位锚碇定位钢沉井浮运、在墩位或拼装码头处接高，墩位锚碇定位n 压水着床、钢沉井井壁砼填充压水着床、钢沉井井壁砼填充n 沉井钢筋砼井壁接高、下沉沉井钢筋砼井壁接高、下沉 n 沉井封底、承台施工沉井封底、承台施工 中塔大型沉井基础施工中塔大型沉井基础施工 3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 主要施工步骤中塔大型沉井基础施工 3.三塔悬索桥设中塔大型沉井基础施工中塔大型沉井基础施工 3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 中塔大型沉井基础施工 3.三塔悬索桥设计 中塔大型沉井基础施工中塔大型沉井基础施工 3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 中塔大型沉井基础施工 3.三塔悬索桥设计 n 纵向人字型钢塔，塔高纵向人字型钢塔，塔高191.5m191.5mn交点以上、以下塔高分别为交点以上、以下塔高分别为122.0m122.0m和和69.5m69.5m。两条斜腿在塔底的叉开量为。两条斜腿在塔底的叉开量为34.75m34.75m。斜腿段倾斜度为。斜腿段倾斜度为1 1：4 4。n 设两道横梁。设两道横梁。n 高程高程+135.04m+135.04m以下采用以下采用Q420qDQ420qD钢，钢，其余节段及上下横梁均采用其余节段及上下横梁均采用Q370qDQ370qD钢。钢。3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 中钢塔设计中钢塔设计3.2 3.2 结构方案设计结构方案设计 纵向人字型钢塔，塔高191.5m3.三塔悬索桥设计 中钢u 中塔主要构造中塔主要构造顺桥向：顺桥向：塔顶塔顶 6.6m 10.6m6.6m 10.6m 10.6m 15.54m 10.6m 15.54m 6.0m 6.0m 横桥向横桥向:5m:5m塔柱塔柱:单箱多室布置单箱多室布置壁板厚壁板厚:44mm:44mm60mm60mm腹板厚腹板厚:44mm:44mm60mm60mm加劲肋加劲肋:40mm:40mm48mm48mm直线直线圆曲线圆曲线(下塔柱下塔柱)(等宽等宽)3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 中钢塔设计中钢塔设计3.2 3.2 结构方案设计结构方案设计 中塔主要构造顺桥向：直线圆曲线(下塔柱)(等宽)3.u塔柱节段的划分与连接塔柱节段的划分与连接 共共2121个节段个节段 节段长度：节段长度：7.5m7.5m15m15m 最大节段最大节段D5D5：495t495t D5 D5段以上节段：段以上节段：140t140t以内以内 传压力时：传压力时：壁板、腹板各按壁板、腹板各按5050计，计，加劲肋按加劲肋按4040计计 有拉应力时：有拉应力时：全按高强度螺栓传递全按高强度螺栓传递 均采用均采用M30M30摩擦型高强螺栓摩擦型高强螺栓3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 中钢塔设计中钢塔设计3.2 3.2 结构方案设计结构方案设计 塔柱节段的划分与连接 共21个节段3.三塔悬索桥设计 3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 3.3 3.3 中钢塔设计中钢塔设计 下塔柱架设：浮吊大节段安装下塔柱架设：浮吊大节段安装 减少了节段现场接缝数量，减少了节段现场接缝数量，加快了施工进度。加快了施工进度。3.2 3.2 结构方案设计结构方案设计3.三塔悬索桥设计 3.3 中钢塔设计 下塔柱架设：浮3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 上塔柱架设：塔吊安装上塔柱架设：塔吊安装保证了节段安装精度；确保了施工安全。保证了节段安装精度；确保了施工安全。中钢塔设计中钢塔设计3.2 3.2 结构方案设计结构方案设计3.三塔悬索桥设计 上塔柱架设：塔吊安装中钢塔设计3.2 吊臂与吊重范围起吊能力与节段划分起吊能力与节段划分 3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 中钢塔设计中钢塔设计 吊臂长度吊臂长度在在22m22m左右，起左右，起吊重量限制在吊重量限制在150t150t以下，加以下，加上上8t8t吊具，实吊具，实际有效吊重在际有效吊重在142t142t以内。以内。3.2 3.2 结构方案设计结构方案设计吊臂与吊重范围起吊能力与节段划分 3.三塔悬索桥设计 中钢为增加节段长度，减少横向拼接缝，考虑采用竖向分块方案为增加节段长度，减少横向拼接缝，考虑采用竖向分块方案3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 中钢塔设计中钢塔设计3.2 3.2 结构方案设计结构方案设计为增加节段长度，减少横向拼接缝，考虑采用竖向分块方案3.三为取消竖向螺栓拼缝，增加景观效果，将竖向拼缝设于中腹板处为取消竖向螺栓拼缝，增加景观效果，将竖向拼缝设于中腹板处3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 竖向拼接大样竖向拼接大样竖向拼接大样竖向拼接大样中钢塔设计中钢塔设计3.2 3.2 结构方案设计结构方案设计为取消竖向螺栓拼缝，增加景观效果，将竖向拼缝设于中腹板处3.塔顶纵向不平衡力对塔底的力矩主要塔顶纵向不平衡力对塔底的力矩主要由两塔柱轴向力与张开距离予以平衡由两塔柱轴向力与张开距离予以平衡 汽车一跨满载，一跨空载情况：汽车一跨满载，一跨空载情况：截面纵向弯矩值最大；截面纵向弯矩值最大；非加载侧有拉非加载侧有拉应力出现应力出现 恒载及两跨满载作用时，塔柱轴向压力引起承台内的水平拉力恒载及两跨满载作用时，塔柱轴向压力引起承台内的水平拉力塔底锚固方案塔底锚固方案 u 塔根受力特点塔根受力特点3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 中钢塔设计中钢塔设计3.2 3.2 结构方案设计结构方案设计 塔顶纵向不平衡力对塔底的力矩主要由两塔柱轴向力与张开塔柱与承台连接方式塔柱与承台连接方式 铰接铰接 固结固结 连接受力简单、承台受力明确连接受力简单、承台受力明确 需设置大型钢支座，更换困难需设置大型钢支座，更换困难 不采用不采用螺栓锚固法螺栓锚固法 塔柱埋入法塔柱埋入法 承压板与承台顶面传递压力承压板与承台顶面传递压力螺栓锚固承担弯矩引起的拉力螺栓锚固承担弯矩引起的拉力通过剪力件及砼受剪传力通过剪力件及砼受剪传力 易造成砼内部受拉，承台受力不利易造成砼内部受拉，承台受力不利 截面拉应力由螺栓传递到承台底面截面拉应力由螺栓传递到承台底面对承台的受力较有利对承台的受力较有利不采用不采用推荐采用推荐采用u 塔底锚固方式构思塔底锚固方式构思3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 中钢塔设计中钢塔设计3.2 3.2 结构方案设计结构方案设计塔柱与承台连接方式 铰接 固结 连接受力简单、承台受力明确 u 塔柱与承台的连接塔柱与承台的连接 塔底截面布置塔底截面布置3434根根直径为直径为130mm130mm的的40CrNiMoA40CrNiMoA螺栓螺栓 单个螺栓预拉力为单个螺栓预拉力为3500KN 3500KN 中钢塔设计中钢塔设计3.2 3.2 结构方案设计结构方案设计 塔柱与承台的连接中钢塔设计3.2 结构方案设计上部结构主要上部结构主要施工流程施工流程3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计 上部结构主要施工流程3.三塔悬索桥设计 1.1.项目概况及技术标准项目概况及技术标准2.2.主桥方案选择主桥方案选择3.3.三塔悬索桥设计三塔悬索桥设计4.4.关键技术问题及创新关键技术问题及创新1.项目概况及技术标准全新的大跨径桥梁结构形式全新的大跨径桥梁结构形式全新的大跨径桥梁结构形式全新的大跨径桥梁结构形式 泰州大桥主桥为世界第一的泰州大桥主桥为世界第一的泰州大桥主桥为世界第一的泰州大桥主桥为世界第一的21080m21080m21080m21080m特大跨径三塔两跨悬索特大跨径三塔两跨悬索特大跨径三塔两跨悬索特大跨径三塔两跨悬索桥，是悬索桥结构体系的一次大胆创新，世界上至今尚无长大跨桥，是悬索桥结构体系的一次大胆创新，世界上至今尚无长大跨桥，是悬索桥结构体系的一次大胆创新，世界上至今尚无长大跨桥，是悬索桥结构体系的一次大胆创新，世界上至今尚无长大跨径的多塔连跨悬索桥建成的实例，没有现成的设计、施工经验可径的多塔连跨悬索桥建成的实例，没有现成的设计、施工经验可径的多塔连跨悬索桥建成的实例，没有现成的设计、施工经验可径的多塔连跨悬索桥建成的实例，没有现成的设计、施工经验可循，存在着大量的工程技术难题。循，存在着大量的工程技术难题。循，存在着大量的工程技术难题。循，存在着大量的工程技术难题。4.4.关键技术问题及创新关键技术问题及创新全新的大跨径桥梁结构形式 泰州大桥主桥为世界第一的2一、一、三塔悬索桥解决了以下三个关键问题三塔悬索桥解决了以下三个关键问题：1 1）桥桥跨跨竖竖向向刚刚度度合合适适，加加载载跨跨的的竖竖向向挠挠度度控控制制在在一一定定范范围围之之内内。最不利工况作用下，由活载引起的桥面纵坡控制在合理范围；最不利工况作用下，由活载引起的桥面纵坡控制在合理范围；2 2）主主缆缆与与鞍鞍座座间间抗抗滑滑移移问问题题得得到到较较好好的的解解决决，基基于于主主缆缆钢钢丝丝与与鞍鞍座间摩擦力保障抗滑移稳定；座间摩擦力保障抗滑移稳定；3 3）中中主主塔塔本本身身的的强强度度安安全全有有充充分分保保障障，压压曲曲稳稳定定性性能能满满足足要要求求，中主塔如采用钢塔则在大桥服务期内不因疲劳而损坏。中主塔如采用钢塔则在大桥服务期内不因疲劳而损坏。4.4.关键技术问题及创新关键技术问题及创新一、三塔悬索桥解决了以下三个关键问题：4.关键技术问题及4.4.关键技术问题及创新关键技术问题及创新u对策措施对策措施 关键控制指标的确定（配合模型试验）关键控制指标的确定（配合模型试验）中塔塔型及刚度选择中塔塔型及刚度选择 支承体系支承体系 u成果成果 该该桥桥是是国国内内也也是是世世界界上上首首次次建建造造千千米米级级跨跨度度的的三三塔塔悬悬索索桥桥，成成功功地突破了世界上大跨径悬索桥只是双主塔的模式地突破了世界上大跨径悬索桥只是双主塔的模式 为为国国内内外外建建造造大大跨跨度度多多塔塔悬悬索索桥桥提提供供了了经经验验、在在该该桥桥型型的的研研究究方方面具有突破性的进展和实质性创新。面具有突破性的进展和实质性创新。4.关键技术问题及创新对策措施 多塔悬索桥的中间塔在设计及施工多塔悬索桥的中间塔在设计及施工上面临着诸多难题，为多塔悬索桥的关上面临着诸多难题，为多塔悬索桥的关键。节段的最大吊装重量达键。节段的最大吊装重量达450t450t，设计，设计无现成经验可循，加工制造和安装的精无现成经验可循，加工制造和安装的精度要求极高，线型控制与风险管理缺乏度要求极高，线型控制与风险管理缺乏可借鉴的工程实绩。为国内首座全钢索可借鉴的工程实绩。为国内首座全钢索塔。塔。4.4.关键技术问题及创新关键技术问题及创新二、钢中塔设计及制造、安装二、钢中塔设计及制造、安装 多塔悬索桥的中间塔在设计及施工上面临着诸多难题，为多 设计采用单箱多室的截面方案，设计采用单箱多室的截面方案，成功地满足了全桥总体刚度要求与中塔成功地满足了全桥总体刚度要求与中塔自身的强度与刚度的要求；自身的强度与刚度的要求；纵向与横向分块相结合的节段划纵向与横向分块相结合的节段划分方案，解决了加工制造与吊装能力的分方案，解决了加工制造与吊装能力的问题。问题。4.4.关键技术问题及创新关键技术问题及创新u对策措施对策措施 设计采用单箱多室的截面方案，成功地满足了全桥总体刚度4.4.关键技术问题及创新关键技术问题及创新11中中塔塔的的深深水水基基础础在在继继承承国国内内已已有有的的工工程程经经验验基基础础上上，采采用用了了浮浮式式矩矩形形沉沉井井基基础础形形式式，在在长长江江上上采采用用如如此此规规模模的的钢钢壳壳浮浮运运混混凝凝土土接接高高的的沉沉井井型式还是首次。型式还是首次。22该该型型式式的的基基础础是是一一种种集集结结构构要要求求与与施施工工目目标标为为一一体体的的构构造造物物，既既有有良良好好的的受受力力稳稳定定性性、又又节节省省材材料料，为为以以后后深深水水基基础础的的采采用用提提供供了了技技术术经验。经验。33该该基基础础型型式式防防撞撞及及抗抗震震性性能能好好，造造价价相相对对低低，但但施施工工难难度度和和风风险险较大。较大。三、深水特大型沉井基础三、深水特大型沉井基础4.关键技术问题及创新1中塔的深水基础在继承国内已有的工谢谢各位代表！谢谢各位代表！谢谢各位代表！