塔斜拉桥设计说明

双塔斜拉桥设计说明6一、设计依据1、交通部交公路发2003252号文关于二连浩特至河口国道主干线山西省侯马至禹门口段黄河大桥技术设计的批复。2、黄河水利委员会黄河务200127号文关于国道二连浩特至河口公路山西侯马至禹门口段黄河大桥桥位与桥型方案审查意见请示的批复。3、中交第二公路勘察设计研究院2002年11月编制的国道主干线二连浩特至河口公路山西侯马至禹门口段黄河大桥技术设计。4、郑州黄河康利经贸有限公司2001年4月编制的国道主干线二连浩特至河口公路禹门口黄河大桥防洪影响评价。5、山西省地震工程勘察研究院1999年2月编制的国道主干线二连浩特至河口公路禹门口黄河公路大桥桥址地震安全性评价报告。二、设计规范1、公路工程技术标准（JTJ00197）2、公路桥涵设计通用规范（JTJ02189）3、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ02385）4、公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ02485）5、斜拉桥热挤聚乙烯拉索技术条件（GB/T183652001）6、公路斜拉桥设计规范（试行）（JTJ02796）7、公路砖石及混凝土桥涵设计规范（JTJ/02285）8、公路工程抗震设计规范（JTJ00489）9、公路桥梁抗风设计指南10、钢筋焊接网混凝土结构技术规程（JGJ/T 11497）三、主要技术标准1、双塔斜拉桥桥面宽：28+21.3（布索区）=30.6m。2、荷载标准：汽车超20级，挂车120。3、桥面横坡：双向2%。4、地震烈度：基本烈度7度，按8度采取设防措施。5、设计洪水频率：1/300。6、通航：根据山西省、陕西省交通厅航运管理局联合制定的航道规划，桥址处黄河的通航标准为（3）级航道，通航净宽35米，通航净高8米，设计最高通航水位为10年一遇洪水位。7、船只撞击力：顺桥向300kN，横桥向400kN。8、风速：初步设计收集了离桥位最近的河津市气象局19732002年历年各月份最大风速，根据此系列资料推算出桥位处设计风速为24.1m/s，基本风压为363pa。查公路桥涵设计通用规范，桥址区域基本风压为500pa，设计偏安全的按基本风压为500pa进行计算，相应设计风速28.3 m/s。四、主要材料1、混凝土混凝土标号采用部位55号混凝土主梁50号混凝土主塔墩（塔座、塔身、塔冠、横梁）40号混凝土主塔墩承台、39及42号桥墩帽梁与墩身30号混凝土主塔墩桩基、39及42号桥墩承台25号混凝土39及42号桥墩桩基混凝土技术标准应符合公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ02385）有关规定。砼的配合比、拌制、运输、浇筑、振捣、养生、施工缝、以及砼配合料所采用的水泥、砂、石、水、外加剂等材料的要求，应严格按照公路桥涵施工技术规范，满足规范所规定的质量检验和质量评定标准。2、钢筋普通钢筋标准应符合GB1301391、GB149991及GB1301491的要求。受力主筋直径20mm的螺纹钢筋应采用闪光对焊或套筒挤压连接或等强直螺纹连接。套筒挤压接头的施工与检验应符合JGJ10796钢筋机械连接通用技术规程及JGJ10896带肋钢筋套筒挤压连接技术规程的规定。等强直螺纹连接应满足Q/JY081997钢筋等强直螺纹连接技术规程。电弧焊接，其焊条应符合GB/T 511795碳钢焊条及GB/T 511895低合金钢焊条的规定。钢筋焊网：用于主塔墩塔柱、横梁、塔冠、塔座、承台面层的防裂钢筋网，采用6mm的带肋钢筋，间距1010cm，技术标准应满足JGJ11497的规定。3、钢材钢板、型钢除注明外，均为A3钢，其技术标准必须符合GB70088的规定，选用的焊接材料应符合GB98176的要求，并与所采用的钢材材质和强度相适应。4、预应力钢材(1) 预应力钢绞线公称直径为15.24mm，低松弛预应力钢绞线，标准强度1860Mpa，弹性模量1.95105Mpa，张拉控制应力为0.75Rby=1395Mpa，技术标准应符合ASTM A41690a 270级的规定。采用OVM或者YM系列锚具及相应连接器，金属波纹管成孔。上塔柱斜拉索锚固区的U型预应力束，采用VSL EC 619、VSL EC 612成套锚具及VSL PTPLUS型塑料波纹管。(2) 预应力粗钢筋采用直径32mm精轧螺纹钢筋，标准强度不低于750Mpa，弹性模量2.0105Mpa，张拉控制应力为0.9Rby=675Mpa，JLM或者YGM锚具及相应连接器。5、斜拉索低松驰镀锌高强钢丝，直径7mm，标准强度1670Mpa，钢丝性能不低于GB5223的要求。拉索防护：镀锌钢丝扭绞成缆后涂防腐涂料，浇包聚脂复合带，热挤黑色PE和彩色PE护套，其技术条件应符合GB/T183652001要求。PE护套的颜色由业主研究后确定。拉索采用冷铸镦头锚，两端均为张拉端锚具锚固。6、支座及伸缩缝在39、42号墩顶靠近双塔斜拉桥主桥一侧采用球形支座，支座承载力5000kN，上游侧规格为QZ5000ZX，下游侧规格为QZ5000DX。双塔斜拉桥主桥与副主桥相接处采用800型毛勒伸缩缝。五、桥孔布置双塔斜拉桥主桥起点桩号K62+902，终点桩号K63+602，主桥全长700m，桥跨布置为（174+352+174）m双塔三跨斜拉桥。双塔斜拉桥平面位于直线段上，纵面为+0.74%与-0.74%的人字坡，对称于主跨中心线，凸形竖曲线半径R40000m。桥面横坡2%。六、双塔斜拉桥结构及设计要点双塔斜拉桥为（174+352+174）m三跨一联双塔双索面预应力混凝土边箱梁斜拉桥，其各部形式如下。1、主梁（1）断面形式：主梁的基本断面形式是边箱梁，主梁顶面全宽30.6m，截面中心高3.0 m；主梁顶板厚0.28m，设双向2%横坡，底板厚0.3m，腹板厚0.4m，斜底板厚0.25 m。横梁标准间距8m，与斜拉索索距相对应，除桥塔根部处两根横梁为普通钢筋混凝土横梁外，其余横梁均为预应力混凝土横梁。横梁因横向预应力钢束布置的要求，跨中段为马蹄形，横梁厚0.3 m。为了检修人员安全，在主梁顶面外侧设置了检修道栏杆。（2）斜拉索的布置：斜拉索索距除0号索与1号索间距为13.5m、A20与A21号索间距为6m外，其余斜拉索间距均为8m。斜拉索采用PES7热挤聚乙烯平行钢丝拉索，PESM7冷铸镦头锚锚固体系，塔端为张拉端，梁端为固定端，斜拉索两端锚具均采用张拉端锚具。斜拉索规格有PES7283、PES7265、PES7223、PES7199、PES7163、PES7139等六种。2、主塔（1）主塔基础40、41号桥墩为主塔墩，每个塔墩基础由44根2.0m的钻孔桩组成群桩基础，为了减小承台尺寸，群桩按梅花形布排，桩基均为摩擦桩。40号主塔墩设计桩长80m，桩底标高293m；41号主塔墩设计桩长85m，桩底标高288m。承台厚5.0m，承台上设3m高的塔座。（2）主塔主塔由塔座、下塔柱、中塔柱、上塔柱、塔冠、上横梁、中横梁、下横梁等组成。下塔柱横桥向外侧设有分水尖兼破冰棱体。索塔为介于平行索H型塔及空间索倒Y型塔之间的“花瓶”型塔，属于空间索塔。塔顶高程499.6m，承台以上高121.6m。两塔柱横向中心距12m，塔柱采用空心矩形断面，上中塔柱断面尺寸6.5m4.0m，下塔柱顺桥向尺寸由柱宽6.5m向底部加宽到8.0m。上横梁断面尺寸为6.1m3m，中、下横梁为6.1m4m。考虑到塔柱传力的过渡性，在承台上设3.0m高的塔座，且下塔柱下端设有3m高的实心段，在下横梁处塔柱设有8m高的实心段，且每一实心段与空心段交界处，均设有倒角，以减少应力集中。上塔柱为斜拉索锚固区，锚索端局部构造采用凸齿式，槽表面以厚1cm钢板包裹，以利于拉索定位，也可代替部分模板。在上塔柱锚固区，采用U形预应力束及精轧螺纹钢筋直束加固，平衡斜拉索水平分力。塔柱竖向布置32钢筋，水平方向箍筋直径为16，拉筋为12。索塔(含横梁)、塔座外表面及承台顶面均设置6带肋防裂钢筋网。上塔柱锚固区U形束采用塑料波纹管，压浆工艺全部采用真空吸浆法。主塔柱设有劲性骨架，以便于施工定位，同时参与受力，上塔柱斜拉索锚固区之劲性骨架，施工时结合索道管定位可适当调整。为满足施工和检修的需要，在塔柱内设置电梯，每个塔中塔柱设1部电梯，在下横梁处以人洞进入；上塔柱设2部电梯，相互通过中横梁顶面的人洞相连。全桥两个塔共6部电梯。中、上塔柱施工时应根据电梯厂家的有关图纸设置预埋件。3、39、42号桥墩39、42号桥墩采用薄壁式墩，墩身横桥向外侧设有分水尖兼破冰棱体。承台厚度3.5m，下设直径2.0m的双排钻孔灌注桩基础。七、结构计算1、 计算参数的取值（1）温度a、体系温差，取合拢温度1015，根据当地月平均最高气温和最低气温情况，综合考虑后计算取体系升温16.4，体系降温19。b、 顶板升温5；c、 主塔两侧温差5；d、 索梁温差10。（2）支座不均匀沉降主塔墩取2cm，边墩取2cm。2、 结构分析结构分析主要采用上海同济大学肖汝诚编制的“桥梁结构线性、非线性设计分析程序（BaP程序）”、我院编制的“钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁综合设计程序（GPRBP）”、空间有限元程序等多个软件进行结构静力、动力分析。（1）静力分析的主要内容有：39、42号桥墩的帽梁、墩身、基础内力分析；40、41号主塔墩的基桩与承台计算；主塔墩顺桥向、横桥向的整体计算，对各种工况下（塔施工各阶段、主梁施工最大悬臂状态、成桥阶段）的内力、变位分析；主梁各施工阶段、成桥阶段内力分析；斜拉索张拉力计算；主梁锚索区局部应力分析；上塔柱锚固区局部应力分析选取上塔柱的典型节段进行分析，分析中考虑了预应力效应、斜拉索管的竖向倾角，斜拉索锚固齿的尺寸，下节段模型还计入了上部斜拉索竖向分力的作用。（2）动力分析：采用“单梁式”模型，用空间分析程序对施工阶段最大双悬臂状态、最大单悬臂状态以及成桥阶段分别进行了动力特性、空气动力稳定性、限幅震动振幅等方面的计算。对成桥阶段用反应谱理论计算地震荷载。（3）计算中非线性因素的考虑：非线性因素主要考虑斜拉索弹性模量的修正和斜拉索、预应力束在结构内部产生的初轴力，在活载作用下，对支点反力、结构位移、结构内力所产生的影响。八、新材料、新工艺采用1、塔锚索区预应力束采用U型束，配以塑料PTPLUS波纹管，全套产品由VSL公司提供。2、为确保塔上预应力管道压浆质量，采用真空吸浆法的压浆工艺。九、施工要点有关施工技术、工艺、工程质量和材料标准，除设计图另有要求外，均按公路桥涵施工技术规范JTJ0412000和公路工程质量检验评定标准JTJ07194的有关规定执行，并从严控制。在主桥施工过程中，必须由专门的监控单位进行监控。对桥梁施工过程和成桥状态的主梁变形、主塔偏位、斜拉索索力、控制截面的应力或应变进行全面监测监控。监控单位应制定详细的施工监控实施细则，在采集必要的数据并通过参数识别后，对理论值进行修正计算，据此对主梁和主塔施工的立模标高和斜拉索的安装索力给以调整，并对施工过程实行动态控制，相应给出各节段立模标高、斜拉索分次张拉次数和张拉力、混凝土分批浇筑量等，以满足设计要求。1、主梁施工要点1）、主梁采用55号混凝土，其水泥、骨料和砂及其它成分均应尽可能采用同一厂家、同一品牌或同一料场，以求质量均衡、稳定、外观色调一致。各施工缝（包括封锚处）应认真凿毛、整修、清洗，混凝土应震捣密实，外观平整、颜色一致。封锚区必要时采用补偿收缩混凝土。2）、混凝土必须达到80%设计强度后才能施加预应力，混凝土的取样及养生条件应和现场浇筑的混凝土相符，所有预应力钢束严格按设计图中所规定的张拉顺序、对称张拉的原则进行张拉。预应力钢束张拉均要求张拉吨位与引伸量双控制，以张拉吨位为主，以引伸量校核为辅。同一张拉截面中钢束的断丝率不得大于1%。3）、钢束定位：主梁纵向及横向预应力钢束，必须按设计图纸位置准确定位，设计图纸未对定位钢筋一一绘图，但已计入其数量。如预应力管道与普通钢筋干扰时，应适当扳移普通钢筋，确保预应力管道位置准确。4）、主梁0、0、1、1、22号梁段采用墩旁托架现浇，在托架安装完毕后应按设计荷载进行预压，在主梁22号梁段施工时，托架的另一侧要及时施加相应平衡重，以保证39、42号墩的安全。5）、主梁221号梁段、220号梁段采用前支点挂篮悬浇，前支点挂篮承载能力要求为480t，空挂篮控制重量240t（包括模板和其它施工荷载），其中中支点距已浇梁段前端0.5m，作用335t垂直向下的力，后锚点距中支点的距离为7m，作用95t垂直向上的力。施工采用的前支点挂篮应尽量满足上述要求。前支点挂篮悬浇施工前必须按照有关要求进行预压，预压重量不得小于挂篮承载能力的1.2倍。6）、在主梁双悬臂浇筑施工中，梁段混凝土的浇注、钢束的张拉、挂篮和机具的移动等，均应严格按照主梁上部构造施工程序示意图和施工监控指令的要求，遵循对称、均衡、同步的原则进行，每个梁段各个工序应有监控、监测，确保施工质量和安全。平常梁面上应尽量少堆放材料和施工机具，并注意悬臂两端对称堆放。在特殊情况下两侧不平衡重只允许偏差10t。7）、主梁22号梁段、21号梁段为合拢段，均采用吊架施工，吊架重按60t考虑。先合拢边跨（21号梁段），再合拢主跨（22号梁段）。合拢段混凝土浇注采用预压重法，即预先在合拢段两端加水箱按合拢段混凝土重量的一半注水压重，待浇注混凝土时边浇边放水。合拢段刚性连接待压重水灌完后再施焊。为尽量减少温度的影响（设计合拢温度为1015），要求焊接合拢段刚性连接、解除临时固结中的精轧螺纹钢筋或锚固钢筋、浇注合拢段混凝土应尽量在当天低温时进行，升温时终凝，确保混凝土不受降温开裂，并尽快浇注合拢段混凝土。由于在混凝土浇注及养护过程中，合拢段刚性连接为承力构件，因此必须确保其稳定可靠及其与主梁两端预埋件的焊接质量。8）、主梁施工时，该梁段内横梁应与主梁同时浇注，并严格控制断面尺寸。横梁预应力钢束的张拉顺序按相关图纸进行。9）、预应力钢束锚固齿板应与主梁同时浇筑，以保证齿板与主梁的良好结合。对齿板上的锚具，压浆后应浇筑混凝土封锚。10）、预应力管道应无破损，管道接口处及与喇叭管连接处应用胶带或冷缩塑料管密封，以防漏浆。预应力钢束未设备用管道，施工时应特别注意成孔质量。11）、桥塔顺桥向及横桥向对称的斜拉索应同步张拉。斜拉索各阶段的张拉力、主梁预拱度、立模标高等在施工控制计算中给出。12）、斜拉索减振措施：在斜拉索两端的索导管入口处各设一个粘弹性高阻尼合成橡胶减振胶圈。斜拉索橡胶减振胶圈和防护罩由供货的斜拉索锚具厂配套组装供应。也可考虑采用其它可靠的减振措施。13）、主梁施工时，注意根据相关图纸预埋伸缩缝、支座、护栏、检修道栏杆、泄水管、交通工程等有关预埋件。14）、为减小施工中双悬臂状态下的风力作用，设计考虑了施工临时墩。临时墩设置在13号梁段横梁处，待施工到15号梁段完成、前支点挂蓝前移后，连接临时墩。2、主塔施工要点1）、塔施工误差要求如下：柱的倾斜度不大于H/3000（H为塔高），轴线允许偏差10mm，断面尺寸允许偏差20mm，塔顶高程允许偏差10mm，斜拉索锚具轴线偏位，允许偏位5mm，锚点高程允许偏差10mm。2）、塔采用50号混凝土，其水泥、骨料和砂及其它成分均应尽可能同一厂家、同一品牌或同一料场，以求质量均衡、稳定、外观色调一致。塔混凝土施工应注意满足泵送所必须的流动性、和易性及缓凝、早强。下塔柱底部与塔座相接区段的下塔柱混凝土应采用低水化热水泥，并尽量缩短塔柱与塔座混凝土龄期差。塔各施工缝（包括封锚处）应认真凿毛、整修、清洗，混凝土应震捣密实，外观平整、颜色一致。封锚区必要时采用补偿收缩混凝土。3）、塔柱竖向主筋接长采用冷挤压式钢筋连接器，也可采用等强直螺纹连接器连接，同一截面主筋接头数量不超过全部主筋数量的50%。箍筋和主筋交叉处均采用点焊方式固定。4）、塔施工时注意预埋电梯、避雷针、导航设施以及施工用等预埋件，但切勿将施工用预埋件露出塔体外，以免生锈影响美观。5）、上塔柱及下横梁混凝土必须达到设计标号85%时才能施加预应力，其张拉吨位，张拉顺序详见有关图纸。所有预应力钢绞线均采用两端同时张拉。张拉预应力要求按张拉吨位与钢束引伸量双控制，以张拉吨位为主，以伸长量进行校核，伸长量计算是以0.1Pk为起点，取Ey=1.95105Mpa进行的。在一束钢束中断丝不得大于1%，一根钢绞线中断丝，不得超过一根。6）、上塔柱U型预应力钢束均采用VSL EC型锚具，VSL PTPLUSTM塑料波纹管、真空吸浆工艺。施工时应先进行必要的试验（U形束曲线摩阻、真空吸浆），再制订工艺操作规程。确保预应力施工质量。压浆砂浆标号不低于50号，在预应力张拉完毕之后应及时压浆。定位钢筋是重要的保障措施，施工中应确保位置准确，连接可靠，波纹管不得上浮、移位。7）、施工顺序及临时措施（1）施工中应使塔柱及横梁符合设计受力状态，施工单位应提前作出实施性施工方案。（2）本桥塔柱施工时，下塔柱可不设临时拉杆。中塔柱较高，且斜度较大，应按设计要求设置两道临时撑杆，并进行预顶。具体要求如下：临时撑杆的设置：当中塔柱施工到标高416.8m时，在标高为412.8m处设第一道临时撑杆，同时施加水平预顶力1000kN。当塔柱施工到标高为436.8m时，在标高为432.8m处设置第二道临时撑杆，同时施加水平预顶力800kN。临时撑杆结构要点：每道临时撑杆可由直径不小于800mm(壁厚12mm)钢管组成，钢管应设置于顺桥向6.5m之两端，距端部1.6m之范围内。撑杆结构要求连接紧密，传力可靠。临时撑杆的施工监控：应对撑杆的应力及位移实行施工监控，确保这一重要设施到位。临时撑杆的拆除：待中横梁预应力张拉完毕，必须及时拆除中塔柱临时撑杆，在此之前不应拆除。施工单位应根据以上要求，作出中塔柱临时撑杆结构布置图，并报设计单位。（3）上、中、下横梁均采用支架现浇施工，待横梁预应力张拉完毕后，方能拆架。施工单位应将支架结构及在塔上的反力作用点与大小书面通知设计单位，以便进行必要的验算。此外，凡需在塔上布设大型设施均应事先书面通知设计单位。8）、施工中应确保每根桩的质量，对每根桩进行超声波质量检测。钻孔桩底沉淀土厚应不大于20cm，桩尖标高应按有关图纸要求办理，若地质情况有变，应及时与有关单位协商。9）、临时墩顶设拉压支座，桥墩施工时分两次浇筑，第一次施工到一定高度，其上应留一定的空间，以方便主梁施工挂蓝的前移和拉压支座在主梁上的安装，第二次施工应在上构主梁悬浇超过临时墩位后，再接高墩身，按主梁施工顺序有关图纸进行。10）、承台以及横梁与柱连接处实体段均为大体积混凝土，施工中应采取有效措施，减少其水化热，保证混凝土质量。主塔墩承台封底混凝土必须与承台底相接，设计中主塔墩承台封底按1.0m计算，封底混凝土重量若有较大变化，请及时与设计单位联系，以便进行必要的计算。11）、设计图中索导管的位置已考虑由斜拉索的垂度所引起的偏差。12）、桥塔应设预抬高量，图中标高尺寸均为未考虑预抬高量之值。自塔座顶起，桥塔各点施工标高=图中标高+预抬高量。塔座施工高度尺寸=3米+预抬高量(预抬高量由施工监控单位给出)。13）、塔柱及横梁之拉筋均应拉在箍筋上。14）、塔顶航空标志灯的设置另见相关的的专门设计图纸。