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国际最大跨径石拱桥研讨与实践
2010-10-13 
丹河大桥是晋(城)焦(作)高速公路上的一座特大型888真人注册,主跨146米,是现在国际上同类桥型结构中最大跨径的888真人注册,其888真人注册宽度、荷载等级及888真人注册高度也使石拱桥的规划建造水平前进到了一个新的高度。本文首要对丹河大桥的规划、施工与科研工作特色作一扼要介绍。

  一、  引  言

  丹河大桥坐落山西省晋城市太行山西麓上的丹河上,距晋城市约10km,是晋焦高速公路上跨过丹河的一座特大型888真人注册。

  该桥于1996年开端开始规划,经过对接连刚构、斜拉桥与拱桥等多计划的技能经济比较,考虑到该桥桥址处的天然地理环境、工程地质条件、原资料储量与运送条件、当地的社会与人文环境等要素,确认选用大跨度石拱桥跨过丹河的桥型计划。该桥于1997年11月开工建造,于2000年7月顺畅建成,成为了现在国际最大跨径的石拱桥,也是我国第十八座跨径百米以上的石拱桥。

  建成后的丹河大桥,不只承继和发扬了石拱桥这一我国的传统优势桥型的建造技能,并在888真人注册跨径、888真人注册宽度、荷载等级、888真人注册高度与建造速度等方面取得了较大的打破,并且,经过选用现代888真人注册科研手法与规划、施工技能,加大了石拱桥的技能含量,前进了石拱桥的建造水平,为在高荷载效果下的大跨度石拱桥的建造供给了成功的典范。宏伟绚丽、富于民族特色的丹河大桥建成后,与闻名的珏山风景区溶为一体,成为晋城市一道靓丽的风景线(见图-1)。下面就丹河大桥的有关规划、施工与科研情况作一简介。

  图-1建成通车的丹河大桥

  二、桥址天然环境与首要技能方针

  丹河大桥桥址坐落太行山脚的低山丘陵地带,河谷终年受水切蚀较深,呈“U”型河谷相对高差近80m。晋城岸基岩暴露,焦作岸基岩埋藏较深,约12m左右,为弱、微风化白云岩,属硬质岩系。丹河受上游水库调理,除洪水期外,终年水流很小。桥址处没有发现大的开裂结构,基岩完整性较好,地震烈度为Ⅵ度。除焦作岸基岩歪斜较严峻外,其场所建造条件较适合于修建大跨度石拱桥。

  其首要技能方针为:

  1、  公路等级:四车道高速公路(含两边人行道);

  2、  核算行车速度:80km/h;

  3、  荷载等级:轿车-超20级,挂车-120;人群 3.5kN/m2

  4、  主孔净跨径:146m;

  5、  净矢高:32.444m;

  6、  主拱圈厚度:Hd=2.5m,Hj=3.5m;

  7、  桥面宽度:24.8m;

  8、  888真人注册高度:80.6m;

  9、  结构方式:全空腹式变截面石板拱;

  10、  首要资料:主拱圈选用40号小石子混凝土砌100号大料石;根底选用30号片石混凝土;腹拱填料选用加气混凝土;桥面铺装为钢纤维混凝土;其他除推力墩与截面较大的腹拱墩选用浆砌片石外包浆砌料石外均选用30号小石子混凝土砌60号料石。

  三、 结构规划与施工特色

  丹河大桥经过一系列的不同888真人注册跨径、不同矢跨比以及不同的拱上修建方式的归纳比选、证明,终究确认的桥型计划为主跨146m的全空腹式变截面石板拱桥。其跨径组成为:2x30m+146m+5x30m。888真人注册全长413.7m。主桥拱上修建由14孔跨径9.4m、厚度0.6m的腹拱组成。888真人注册栏杆为表现晋城市历史文化的石雕图像与传统的石狮子组成,表现了现代与传统文明的完美结合。根底除焦作岸引桥选用挖孔桩根底外,其他均选用片石混凝土扩展根底,其间焦作岸主拱座因基岩歪斜较严峻、岩石层理发育,选用了锚杆加固办法。

  因为丹河大桥桥高达80m,且沟深谷陡,在跨径达146m的情况下,选用何种方式的支架施工成为了本桥胜败的要害要素之一。经过多种结构方式、多种资料挑选,丹河大桥拱架终究选用了结构受力清晰、安稳性与安全度高、施工速度快、设备重复利用率高的空间排架式钢拱架。横向5排,纵向8跨,由16Mn钢全能杆件与军用墩组成。拱盔部分选用圆松木排架与弓形木及模板构成(见图-2)。卸架设备则选用了传统的单木楔与组合木楔完结。便利、保险、可控性强。依据实践施工进程来看,这种计划是非常成功的。

  主拱圈及拱上修建的砌筑,拚弃了传统的缆索吊装与扒杆施工办法,选用两台塔吊直接吊装施工,因为跨径大,主拱圈料石的分类也相对简略。本桥主拱圈共选用了厚度为36Cm~60Cm的100号料石336路共34409块,分5环10段砌筑。每环纵向设置了11道空缝,由扁铁塞垫;砌缝宽度为3Cm,砌缝资料为40号小石子混凝土,选用小直径振捣棒振捣。加载次序依据变形与受力观测效果,经过施工仿真模仿核算后确认。主拱圈选用环环合拢,两阶段逐次循环落架计划。整个施工进程,均处于紧密而科学的操控之中,使丹河大桥主拱圈施工仅用了短短的四个月时刻,各项工程方针均到达了规划抱负情况。

  四、首要科研规划内容与效果

   因为丹河大桥引荐计划主跨达146m,为现在国际上最大跨径的石拱桥,且荷载规范高,888真人注册高度大,在888真人注册规划与施工进程中,有许多要害技能问题需求处理。并且,我国的现行规范及国际相关规范中也没有这样高标号的砌体力学功能方针可供使用或学习。鉴于此,1997年7月成立了“特大跨径石拱桥规划与施工要害技能研讨”课题组,展开课题研讨工作,其首要意图是:

  1.经过原资料实验及砌体力学功能实验,把握高标号小石子混凝土的配等到施工工艺;

  2.把握高标号砌体结构的力学功能,然后弥补有关规范未及内容;

  3.为丹河桥规划及施工监控供给参数;

  4.经过对特大跨径石拱桥规划要害技能研讨,总结一套习惯于特大跨径石拱桥的规划与剖析办法;

  5.经过对特大跨径石拱桥施工要害技能研讨,确认丹河大桥的施工及加载工艺,总结一套有用的大跨径石拱桥的施工工艺与施工操控技能;

  6.经过净、动载实验与各工况的模型实验,把握丹河大桥各首要工况下主体结构受力情况,为888真人注册的规划、施工质量及结构的安全性供给依据。

  依照上述首要方针,由晋城市交通局掌管,中交榜首公路勘测规划研讨院为首要承当单位,联合了丹河大桥项目部、重庆交通学院、长安大学、山西省交通科学研讨所等单位对以下首要内容进行了要点研讨:

  1.特大跨径石拱桥规划与施工要害技能研讨:

  1.1  研讨大跨径石拱桥规划技能;

  1.2  研讨大跨径石拱桥拱上修建一起效果的影响程度;

  1.3  研讨根底变位对大跨径石拱桥结构受力及变形的影响情况;

  1.4  研讨温度改变对大跨径石拱桥结构受力及变形的影响情况;

  1.5  研讨非线性问题对主拱圈受力及变形的影响情况;

  1.6  研讨钢拱架规划计划与施工工艺;

  1.7  研讨主拱圈加载次序与砌筑工艺;

  1.8  研讨主拱圈落架技能与施工工艺;

  2.大型砌体结构力学功能研讨:

  2.1  现场原资料的物理、化学及力学方针测定;

  2.2  砌体力学功能实验研讨;

  2.3  高标号小石子混凝土合作比实验研讨;

  3.主拱圈模型实验;

  4.大跨径石拱桥美学研讨

  5.施工监测与施工操控;

  6.成桥静、动载实验;

  课题首要研讨内容已于近期接连完结,首要效果都已成功的使用到了丹河大桥的建造中(其各项首要研讨效果将接连予以专题介绍),对丹河大桥的顺畅建成起到了很好的技能保证效果。对我国大跨度石拱桥的开展与前进,供给一整套较体系、较完善的科学办法。

  经过实验研讨,不只完结了高标号小石子混凝土砌体的力学方针实验以及1:10的模型实验,为规划与施工操控的基本参数的取用供给了依据。并且,经过选用仿真模仿剖析及多种现代结构剖析办法与传统的悬链线拱轴理论的比照研讨,对大跨度石拱桥的规划办法与施工要害工艺提出了主张。其首要定论有:

  1、  传统的悬链线拱轴理论对大跨度石拱桥首要操控断面的内力可起到开始操控效果,但不能反映分步施工主拱圈断面的受力情况;

  2、  选用有限元法剖析大跨度石拱桥的结构受力是可行的,其核算精度在核算模型及单元挑选合理的情况下,彻底年满意规划与施工操控精度要求;

  3、  几种常用的不同有限单元均能用于石拱桥剖析中,相对而言,实体单元更能习惯大跨度分步施工石拱桥的受力特色。

  4、  拱圈成桥情况结构受力,其计入拱上修建联合效果后,对拱顶、3L/8的应力有必定影响,可改进拱顶区域的应力散布,所占应力份额最大可达10%,对拱脚、L/4的应力影响较小。大跨度石拱桥结构受力剖析应考虑拱上修建的联合效果效果。

  5、  拱上修建联合效果对主拱圈低频振荡呼应影响不大,但对高频振荡呼应频率有下降,效果较显着,这与腹拱结构方式有必定联系。

  6、  主拱圈的安稳性剖析标明,考虑拱上修建联合效果后,对主拱圈的安稳安全性会有较显着改进。

  7、  因为主拱圈施工进程中,空缝内有扁铁支顶,实践主拱圈榜首环不管合拢与否,其主拱圈轴力现已发作传递。因而,选用榜首环不合拢的办法来到达削减榜首环应力是不现实的。

  8、  选用实体单元模仿石拱桥结构受力是合理的,其受力情况能到达模仿每一环实践砌筑进程的程度,核算时刻在现在的核算机水平下只需一分钟左右,彻底能完成盯梢模仿。

  9、  空缝的设置对大跨度石拱桥来讲,应适当多一点,且设置方位要依据拱架的实践支撑情况确认,以到达习惯施工中变形的意图。

  10、合理细化主拱圈砌筑程序,即依据主拱圈施工进程中的受力及变形情况,经常性调整砌筑部位,对改进主拱圈施工进程中及成桥后的应力情况都是有优点的。

  11、选用加气混凝土作为拱上填料,可有效地减小了填料自重及恒载,减轻了主拱、墩台及地基的担负。对前进拱上修建的全体刚度,改进车辆荷载的散布情况,削减填料对侧墙的挤压力,改进桥面防水办法,前进高速公路上大跨径拱桥的桥面质量有必定效果

  12、晋城产白云岩的物理性质实验方针剖析可知该桥选定的采石场出产的灰色白云岩和棕色白云岩石质均匀,无风化;吸水率、抗冻性和巩固性契合《公路桥涵施工技能规范》(JTJ041-89)对大跨径888真人注册砌块石料的要求;石料力功能实验标明两种白云岩抗压强度契合888真人注册施工规范(JTJ041-89)对大跨径拱桥主拱圈砌块资料强度等级的要求;实验测得岩石的弹性模量、泊松比、内摩擦角及s-e曲线可供砌体和拱桥力学剖析之用。

  13、模型实验标明实桥施工进程受力剖析效果可信,施工计划合理。

  14、在支架上分环分段砌筑大跨径石拱桥时,先期砌筑的拱环参加拱架一起受力效果显着,其贡献度可达30%左右。

  15、实桥在施工进程中及恒载情况下,其主拱圈的最大压应力将在10Mpa以内。主拱圈具有满足的安稳性,其极限承载才能由强度操控。

  五、结束语

  丹河大桥是一座现在国际最大跨径的石拱桥。它的建成,不只标志着石拱桥建造在跨径、荷载规范、888真人注册宽度与高度以及资料强度等技能方针上的跨过。更首要的是,经过选用一系列的现代888真人注册结构的规划、剖析、检测与操控手法,使石拱桥这一富于我国民族特色、表现我国传统文明的888真人注册结构方式赋予了新的生命力。无疑会对国际大跨度石拱桥的开展起到必定的推进效果。

    图-2 .  主拱圈模仿剖析核算图式

  
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