泰州长江公路大桥钢中塔结构设计及几个关键问题(演讲)

泰州长江公路大桥 钢中塔结构设计及几个关键问题

江苏省交通规划设计院股份有限公司

目

1. 项目概况 2. 中塔结构设计

录

3. 几个关键技术问题 4. 施工方案

1. 项目概况

江苏省过江 通道布置

泰州

扬州市 扬中市 泰州大桥 泰州市 江阴大桥

长 江

大桥

润扬大桥

镇江 市 常州市

泰州大桥位于江苏省长江中段，北接泰州市 北接泰州市，南连镇江市和常州市，大 桥上游距润扬大桥66km，下游距江阴大桥 下游距江阴大桥57km。

1. 项目概况

2x1080m m悬索桥

390 67.5+70+100+70+67.5 1080 540 120 540 540 120 1080 540 390 6×70

主桥为三塔两跨连续钢箱梁悬索桥 三塔两跨连续钢箱梁悬索桥，采用中、边塔不等高索塔，中索塔 为钢结构，边索塔为混凝土结构。主缆跨度布置为 主缆跨度布置为390+1080+1080+390（m） 的对称结构。

1. 项目概况

n 主要技术标准 1. 2. 3. 4. 5. 公路等级：双向六车道高速公路 双向六车道高速公路； 设计速度：100 km/h； 桥梁结构设计基准期：100 100年 汽车荷载等级：公路－I级 级； 桥面净空及标准横断面：桥梁标准宽度 桥梁标准宽度：33 m：

桥面净空及桥梁标准横断面

1. 项目概况

6. 地震加速度 对本工程场地进行了地震危险性概率方法分析计算，经不确定 对本工程场地进行了地震危险性概率方法分析计算 性的校正，得到了泰州长江公路大桥钻孔位置基岩地震动水平向峰 得到了泰州长江公路大桥钻孔位置基岩地震动水平向峰 值加速度值。 工程场地地震危险性分析计算结果

工程场点 主江孔 主江孔 主江孔 主江孔 对应钻孔 ZK602 ZK603 ZK604 ZK605 位 北纬 32.24878 32.24679 32.24664 32.24488 置 东经 119.87390 119.87650 119.87704 119.87020 里 程 （km） K15+705.81 K16+448.73 K16+400.00 K17+078.02 100年10% (gal) 115.4 117.1 117.1 118.8 100年4% (gal) 157.6 160.1 160.1 162.6

1. 项目概况

7. 抗风设计标准： 运营阶段设计重现期 100年，设计基本风速V=31.83m/s 施工阶段设计重现期 30年，设计基本风速V=29.3m/s 8. 设计洪水频率：主桥、引桥 1/300； 9. 跨江大桥设计水位( 表中高程为 表中高程为85国家高程系统 )： 跨江大桥设计水位一览表

项目 标准 数值（m） 设计洪水位 300年一遇 6.68 设计最高通航水位 20年一遇 5.92 设计最低通航水位 98％保证率 -0.11

目

1. 项目概况 2. 中塔结构设计

录

3. 几个关键技术问题 4. 施工方案

2. 中塔结构设计

n 结构钢材 钢塔柱主体结构按塔柱受力分别采用 Q370qD、Q420qD 钢， 节段间连接，不同板厚间的填板 不同板厚间的填板，采用 Q345B 钢。

p p

n p

高强度螺栓 钢塔柱连接用10.9S高强度螺栓连接副 高强度螺栓连接副

2. 中塔结构设计

中主塔立面

10000 3000

A--A

1:1000 6600 +200.00

1920

120182.8

p p p

两条斜腿中心交点的高程：78.0m 78.0m 两斜腿塔底叉开量：34.75m 斜腿段倾斜度：1：4

圆弧起点 22587.1

5000

+65.900

R10 00 00

圆弧终点

R10 0000

R2 00 0

48769.7

54900

1 4 +8.5 +6.000 90 00 90 00 17375 17375

5000 8000

5000

2500

+6.000 8000 21289.8 21289.8

(A--A剖面中心点投影尺寸)

A

72000

194039.6

194000

p

塔柱高：

191.50m

121100

p

塔底高程：

8.50m

122039.6

p

塔顶高程：200.00m

1

60

p

索塔纵向呈人字型结构

39

3500

n

中塔主要构造

1:1000 A 17400 17400

2. 中塔结构设计

A--A

1:1000 6600

顺桥向：

直线 塔顶6.6m          10.6m  圆曲线  10.6m               15.54m

120182.8

1

1

1--1

1:100

2--2

1:100

-50

-50 -44 -50 -50

-44

60

-44

-50 -50 -44 -44 -44 -50 -50

-50

-50 -50 -44

2 1

2

122039.6

-50

-50 -44 -44 -44

-50

-50 -44 -44

5000

-50

6.0m (下塔柱)  横桥向：  5m (等宽)  塔柱:  单箱多室布置 壁板厚:50mm～60mm  腹板厚:44mm～60mm  加劲肋:40mm～48mm

-44 -44 -44 -44 -50 -50 -44 -44

3

3

194039.6

6600

-50

7866.6

-50

3--3

1:100

4--4

1:100

-60 -60 -60 -60 -60

圆弧起点 22587.1

R10 00 00 R100 000

-60 -60

圆弧终点

72000

-60

5000

-60 -48×500

-60

48769.7

-48×500

4

1 4

4

-60

2500

9866.6 +8.5 +6.000 9 000 9 000 17375 17375

6000

-60

5000

R2 00 0

-60

-60

-60

5000

-40×500 -44

2. 中塔结构设计

n

p p p p

塔柱节段的划分与连接

塔柱共划分为21个节段 下塔柱节段（D0～D5）采用浮吊安装

1920

立面图

1:1000

2×4000

17400

2×12000 6000 2×4000

A 17400

Q370qD

上塔柱节段（D6～D20）采用塔吊安装 D6～D17节段采用竖向分块

39

塔 吊 整 体 +200.00 吊 装

纵桥向

A--A

1:1000 6600

材料 编号 D20 D19 D18 D17

3×9000

D14 D13 D12 D11

1 8000

60

6000 2×12000 3×9000 8000

D16 D15

191539.6

194000

D9 D8 D7

Q420qD

D6 D5

+65.900

2500 4108.2

浮 吊 吊 装

D4

D3

43656.4

10775 15000

D2

1 4 D1

21289.8

17375

17375

A

2500

+6.000 21289.8

3 484

.6

3× 1

D0

50 00

+6.000

191539.6

6×7500

D10

纵 向 拼 接 缝

6×7500 15000 10775 43656.4 4108.2

2. 中塔结构设计

n 塔柱节段的划分与连接

立面图 A--A

1:1000 1:1000

p 浮吊安装最大节段D4和下横梁，重约为500t p D6～D17节段采用竖向分块方案，最 大吊装重量122.9t

39 1920

2×4000

17400

2×12000 6000 2×4000

A 17400

+200.00

材料 编号 D20 D19 D18 D17

6600

中塔各节段吊装重量 节段号 D6 ～ D17节段 D18节段 D19节段 D20节段 上横梁 下横梁 节段长度(m) 7.5 ～12 6 4 4 26 31.4 节段重量 (t) 122.90

191539.6

Q370qD

3×9000

D14 D13 D12 D11

1 8000

60

127.35 85.29 143.81

194000

D9 D8 D7

Q420qD

D6 D5

+65.900

127.86 496.96

D4

D3

10775 15000

191539.6

1 4

6×7500

43656.4

D2

2500 4108.2

D1

21289.8

17375

17375

A

2500

+6.000 21289.8

3 484

.6

3× 1

D0

50 00

6000 2×12000 3×9000 8000 6×7500

15000 10775 43656.4 4108.2

D16 D15

D10

竖 向 拼 接 缝

D5

+6.000

2. 中塔结构设计

n 塔柱节段的划分与连接

2. 中塔结构设计

n 塔柱节段传力原则

立面图

1:1000

A--A

1:1000

2×4000

17400

2×12000 6000 2×4000

A 17400

p 传递压力时：壁板和腹板各按50％计， 加劲肋按40％计 p 有拉应力时：全部按高强度螺栓传递 p 均采用M30摩擦型高强螺栓 p 在J1、J4、J6、J16四处设置了调整接

191539.6

39 1920

+200.00

材料 编号 D20 D19 D18 D17

6600

上横梁 上横梁

Q370qD

3×9000

D14 D13 D12 D11

1 8000

194000

D9 D8 D7

Q420qD

位置 节段

J1 D0/D1

J4 D3/D4

J6 D5/D6

J16 D15/D16

D5

+65.900

J4

D4

D3

43656.4

10775 15000

调节缝

第一道

第二道

第三道

第四道

J6

调 整 接 头

D6

作用

消除首节段 保证合拢段 保证上塔柱 保证上横梁 安装误差 精确定位 安装精度 精确安装

+6.000 21289.8

D2

1 4

3 48 4 .6

J1

4108.2

2500 4108.2

D1

3 ×1

D0

50 00

+6.000 17375 2500

21289.8

17375

A

191539.6

6×7500

头，即高强度螺栓传递100％内力

D10

60

6000 2×12000 3×9000

栓接

J16

D16 D15

8000 6×7500 15000 10775 43656.4

22

2. 中塔结构设计

易层状撕裂 较好

n

塔柱焊缝构造 p 对于 对于a、b、c、d 焊缝采用如下形式

22 60 22 10 60 中部 18 50 8 50 中部 50 60

焊缝 a 焊缝 e 焊缝 f 焊缝 g

焊缝 b 焊缝 c 焊缝 d

10 19

60

端部 18

端部为螺栓布置区域加150mm范围

8 17

50

端部

22

2. 中塔结构设计

n 塔柱焊缝构造

焊缝 a 焊缝 e 焊缝 f 焊缝 g 焊缝 b 焊缝 c

p

对于腹板与壁板的焊缝 e

60

60

16 60

12 60

12

焊缝 d

端部 中部

44

44

12 50

11 50

11

端部为螺栓布置区域加150mm范围

端部 中部

对于开口侧耳板与壁板、纵肋、 、横隔板等其它焊缝都根据自身 受力情况专门设计。

2. 中塔结构设计

n 横隔板构造研究

横梁

与横梁连接处  横隔板构造

t=32mm

t=32mm

塔柱腹板

t=16mm

t=32mm

t=32mm

2. 中塔结构设计

n 横隔板构造研究

与横梁连接处横隔板构造

横梁顶板  塔壁

横隔板

F.P.

塔柱纵肋

2. 中塔结构设计

n 多端面节段构造研究

15000 (D5)

圆弧起点 R=100m

2500

10775 (D4)

圆弧终 点

2460 2600

R38800 R40000 0 0 R376

K

减小曲线段布置范围

加劲肋顺畅布置

12687.2

R100000

K大样

0 R5

9769.9

圆弧终点

1005.1

加劲肋交点构造研究

6 000

R2000

6000

10775

2. 中塔结构设计

n 分叉点处构造

11474.4 606.3 606.2 745.9 1205.5 1205.2 1368.1 1368.1 1205.2 1205.5 745.9 606.2 606.3

200

5303.3

1036 9x10 0

R2000

3154

80

.3

203x10 0 200 0

10x1

00

200

10x1

00

200

5400

10x1

00

200

9x10

0

200

200

9x10

0

200

10x1

00

200

10x1 5400

00

200

10x1

00

0 200 0 203x10

10920.5

9x10 0 3154 .3 80

14

2. 中塔结构设计

n 塔柱与承台的连接

p 塔底截

面布置34根 直径为130mm的 40CrNiMoA螺栓 p 单个螺栓预拉力为 3000KN

承台顶面

50

60 00

顶板

50

承压板

50

25 00

压浆层 混凝土顶面 +6.000

大样

17375

17375

2. 中塔结构设计

n 塔柱与承台的连接

2. 中塔结构设计

n 锚固螺杆构造

p 螺杆：调质热处理，表面硬度HB280 HB280～350，屈服强度不低于835MPa

2. 中塔结构设计

钢筋图

目

1. 项目概况 2. 中塔结构设计

录

3. 几个关键技术问题 4. 施工方案

3. 几个关键技术问题

存在的问题

主要目标

n n n

关键

n n

桥跨结构合理的竖向刚度 主缆与鞍座间抗滑移安全 中塔本身的强度及稳定安全

中塔的刚度（材料、外形、塔高） 结构支承体系

中塔塔型选择实质就是中塔刚度的选择

3. 几个关键技术问题

中塔刚度大

n 主梁的挠跨比易满足要求，但中塔顶主缆不 主梁的挠跨比易满足要求 平衡水平力大，可能因鞍槽与主缆束股间的摩擦 平衡水平力大 力不足而造成滑移。根据国内外已有的研究和试 力不足而造成滑移 验资料统计，鞍槽与主缆间经挤压后的摩擦系数 验资料统计 大约在0.15 0.15～0.2之间。 n 设计中进行了主缆与中主鞍座间抗滑移试 验研究，较全面模拟了实桥主缆束股与鞍座间的 较全面模拟了实桥主缆束股与鞍座间的 接触情况。 。

3. 几个关键技术问题

中塔刚度较小

中塔顶两侧主缆不平衡水平力较小，主缆的抗滑移安 中塔顶两侧主缆不平衡水平力较小 全系数易于实现，但加载跨主缆垂度大 但加载跨主缆垂度大，主梁的挠跨比较 大，行车安全不易保证 行车安全不易保证。

n

3. 几个关键技术问题

国内外设计及研究现状

美国旧金山—奥克兰海湾大桥

日本南北备讚濑户大桥

日本小鸣门桥

法国Chateauneuf桥

3. 几个关键技术问题

需解决三个关键问题

Ø  全桥竖向刚度合适，加载跨的竖向挠度控制在一定范围之内  加载跨的竖向挠度控制在一定范围之内

Ø  主缆与鞍座间抗滑移问题得到较好的解决  Ø  中主塔本身的强度安全有充分保障

n 关键技术指标的确定 关键问题的解决 n 中塔塔型及刚度选择 中塔塔型及刚度选择（材料、外形、塔高， 截面尺寸） ）--塔型选择实质就是中塔刚度的选择 n结构支承体系 结构支承体系

3. 几个关键技术问题

1080 1080

竖向支座

竖向限位挡块 抗风支撑 纵向弹性索

竖向支座

抗风支撑

抗风支撑

n n n n n

中塔处设纵向弹性索； 中塔处为减小加劲梁的负弯矩而不设竖向支座; 中塔处为减小加劲梁的负弯矩而不设竖向支座 中塔处设竖向限位装置； ； 三个主塔处均安装横向抗风支座； 三个主塔处均安装横向抗风支座 边塔下横梁上设竖向支座； 边塔下横梁上设

竖向支座

3. 几个关键技术问题

n 支承体系

竖向限位

中塔支撑立面布置

Ø 梁塔间纵向设约束，可显著提高  主缆与中主鞍座间抗滑移安全系数  Ø 减小加劲梁竖向挠度，改善中主  塔受力  Ø 极大的减小加劲梁纵向活载位移

抗风支撑 中塔柱

加劲梁 中塔柱 抗风挡块

竖向限位

加劲梁梁底抗风支撑

中塔横梁抗风挡块

500

加劲梁 抗风牛腿 抗风挡块

中塔下横梁

竖 向 限 位 构 造 立 面

索塔牛腿 主塔外壁

335

直腹板 钢梁牛腿

3. 几个关键技术问题

关键之一： 主要控制指标的确定

n 主缆与鞍座间摩擦系数

规范报批稿：鞍槽内主缆防滑安全系数应满足下式要求 鞍槽内主缆防滑安全系数应满足下式要求 K= μα /ln(F  /F  ）≥2  s  ct  cl  式中μ ——主缆与槽底或隔板间的摩擦系数  主缆与槽底或隔板间的摩擦系数，一般取 0.15； α  ——主缆在鞍槽上的包角  主缆在鞍槽上的包角，弧度； s  F  ——主缆紧边拉力，N；  ct  F  ——主缆松边拉力，N。 cl

3. 几个关键技术问题

n 主缆与鞍座间摩擦系数

关于μ的取值，小西一郎在《钢桥 钢桥》中，曾描述了华盛顿桥（George Washington）实际测试的情况，认为 认为μ取0.2已足够安全，但在其他文献 中，对于钢与钢间的摩擦系数工程通常采用 对于钢与钢间的摩擦系数工程通常采用μ=0.15. 关于K，在人民交通出版社出版的 在人民交通出版社出版的《吊桥》中提出K≥2，在无其他资 料可借鉴的情况下，从工程安全角度出发 从工程安全角度出发，条文中采用了此值。 条文规定的抗滑条件，在μ和f取值的两个方面均是偏于保守的 取值的两个方面均是偏于保守的，在 有条件进行抗滑试验的工程中，应进行抗滑试验研究 应进行抗滑试验研究，优化k和μ的取值 ，作到设计经济、合理、安全。

3. 几个关键技术问题

摩擦系数测定试验 模型的边界条件与实桥尽量一致， ，相 似的接触应力。 n 采用10束和1束分别试验。

(单股和十股，各三组试验)

n 多索股滑移试验： 三组试验结果：0.521、0.535、0.535 n 单索股滑移试验： 三组试验结果： 0.302、0.326、0.391

3. 几个关键技术问题

关键技术指标-摩擦系数和抗滑安全系数 摩擦系数和抗滑安全系数 美国George Washington George Washington桥和Forth Road桥实 际测试μ为0.3，Delaware River Delaware River桥实际测试μ为 0.19-0.21。 综合本桥及国内外试验结果，最终采用： 综合本桥及国内外试验结果 塔顶主缆抗滑移安全系数 K>2.0 摩擦系数  μ=0.2  增设一道竖隔板

3. 几个关键技术问题

n 挠跨比的确定

设计荷载：8车道，纵向折减 纵向折减：0.93，横向车道折减：0.5

规范报批

稿：汽车（不计冲击力 不计冲击力）挠跨比不大于1/300 主要应以所造成的梁端转角不影响行车平顺为原则。 主要应以所造成的梁端转角不影响行车平顺为原则

3. 几个关键技术问题

n 挠跨比的确定

悬索桥最大竖向挠度及挠跨比  悬索桥最大竖向挠度

桥名  润扬长江大桥  西堠门大桥中跨  阳逻长江大桥  明石海峡大桥中跨  明石海峡大桥边跨  来岛一桥  来岛三桥  跨度m  1490  1650  1280  1990.8  960  600  1030  竖向挠度 m  竖向挠度  3.2  3.438  2.948  8.0  4.54  2.85  4.05  挠跨比  1/465  1/480  1/434  1/249  1/211  1/210  1/254  梁端最大转角  0.019  0.0185  0.018  0.02  0.021  0.0195  0.0245

3. 几个关键技术问题

n 挠跨比的确定

边塔 中塔 跨度L 边塔 挠度 主塔

挠曲线方程： y=v*sin(πx/L),  tanθ=(v*π/L)*cos(πx/L)  梁端  x=0，tanθ=v*π/L  当θ=0.02rad时，v/L=157

三塔两跨悬索桥挠跨比与主梁转角关系

两塔单跨悬索桥挠跨比与主梁转角关系

n  相同的挠跨比，三塔悬索桥主梁梁端转角约为两塔悬索桥的一半  三塔悬索桥主梁梁端转角约为两塔悬索桥的一半。

主塔

跨度L

挠度

3. 几个关键技术问题

n 挠跨比的确定

三塔和两塔悬索桥边跨对比 Ø梁端转角θ=0.0196rad ，挠跨比 挠跨比f/L =1/177。（三跨连续） Ø梁端转角θ=0.023/0.022rad ， ，挠跨比f/L =1/167。（三跨简支） Ø梁端转角θ=0.0185/rad ，挠跨比 挠跨比f/L =1/240。（二跨连续） Ø最终规定：梁端转角θ

3. 几个关键技术问题

控制指标 n 工作塔顶主缆抗滑移安全系数 >2.0 (采用) (试验研究) f/L

——鞍座内设竖向预应力(帮助有限)

3. 几个关键技术问题

关键之二：中塔刚度选择 纵向 A 形塔 塔形 纵向 I 形塔 纵向人字形塔 混凝土 材料 钢-混组合 全钢 塔高

H

中、边塔等高 中、边塔不等高

L

3. 几个关键技术问题

n 中间塔刚度与塔型研究

Ø  A型砼中间塔，μ ≥ 0.345  Ø  A型钢中间塔，μ ≥0.336  Ø  I型砼中间塔，μ =0.15 时，K=0.8595  K=0.8595， μ =0.2时，K=1.1460  Ø  I型钢中间塔，受钢板厚度限制，  ，结构尺寸十分庞大，无比较意义  Ø  人字形砼中间塔，主缆抗滑移安全度和中间塔截面强度无法同时满  主缆抗滑移安全度和中间塔截面强度无法同时满  足规范要求，并且与现行规范要求相差很远  并且与现行规范要求相差很远  Ø  人字形钢中

间塔，较好地兼顾了抗滑移安全度  兼顾了抗滑移安全度、塔柱截面应力、主  梁挠度、塔柱根部轴力，是最接近的中间塔方案  是最接近的中间塔方案，各项参数达到最 优

3. 几个关键技术问题

27 26.5 26 25.5 25 24.5 24 15 20 25 30 35 40 45 50 中主塔 塔柱纵向叉开量(m)

40

L与中塔刚度关系

中主塔塔柱底最小轴向压力(MN)

中主塔纵向抗推刚度(MN/m)

30 20 10 0 -10 15 -20 -30 -40 -50

L与塔底最小轴力关系

20

25

30

35

40

45

50

中主塔塔柱纵向叉开量(m)

40 中主塔纵向抗 推刚度 (MN/m) 35 30 25 20 15 10 30 35

主缆抗滑安全系数K

H与中塔纵向刚度关系

2.5 2 1.5 1 0.5 0 30 35 40

H与K关系

L

H

45

50

55

60

65

70

75

80

40

45

50

55

60

65

70

75

80

中主塔分叉点距承台顶面高度(m) μ=0.2 μ=0.15

中主 塔分叉点距承台顶面高度(m)

经过比较，中塔下塔柱交叉点设置在主梁高程以下 中塔下塔柱交叉点设置在主梁高程以下。

3. 几个关键技术问题

3. 几个关键技术问题

n  对于千米级三塔悬索桥——  中塔裸塔刚度应为13MN/m～  15 MN/m之间，在全桥整体模  型中，中塔刚度应控制在  25MN/m附近。  n  此时在最不利加载工况下，  中塔顶纵向位移约为1.7m，中  塔顶主缆不平衡水平拉力为  13,000 kN/缆。

最终采用  Ø L=34.75 m，  Ø H=72 m  Ø 纵向人字形  Ø 横向门式框架  Ø 全钢索塔

H

L

n 由于全钢纵向人字形中塔既有必要的刚度 由于全钢纵向人字形中塔既有必要的刚度，又有一定的柔 度，中塔主缆抗滑移安全 中塔主缆抗滑移安全、全桥刚度、中塔强度和稳定安全 均有保障。

3. 几个关键技术问题

210 180 150 标高(m) 120 90 60 30 0 80000

210 180 中塔截面标高(m) 150 120 90 60 30 0

110000 140000 170000 轴力(kN) 200000 230000

上侧立柱 加载侧斜腿柱 非加载侧斜腿柱

0

50000

100000 150000 轴力(kN)

200000

250000

6600

220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 -150 -100 -50 0 50 100 塔柱截面应力(MPa) 150 200 250 塔柱截面标高(m)

120182.8

25.17

22587.2

分叉点最大弯矩 (tm) 165000

塔底最大弯矩 (tm) 26000

圆弧起点 R100000 圆弧终点

72000

2500

48769.6

+6.000

17375 17375

194039.6

19300/ 21000

16500/18900

122039.6

主缆恒 载切线 角(o)

塔顶缆 力(t)

塔顶反力(t)

塔柱截面最大应力 塔柱截面最小应力

3. 几个关键技术问题

全桥整体模型

10000KN 位移0.643706m 位移0.007656m

裸塔模型

10000KN 位移1.147819m 位移0.011875m

钢混 组合塔

位移0.007569m 10000KN 位移0.003667m 位移0.011723m 10000KN 位移0.003709m

10000KN 位移0.734216m

位移0.002689m

10000KN 位移1.477767m

位移-0.001795m

人字形 钢塔

位移0.002446m

10000KN 位移0.012422m

位移-0.002115m

10000KN 位移0.012506m

人字型塔在桥面以下将巨大的弯

矩转换为轴力，具有结构的合理性 人字型塔在桥面以下将巨大的弯矩转换为轴力

3. 几个关键技术问题

中塔裸塔刚度 主缆的重力刚度

PL3  PL3  n k  = （  - 3  ab )    = 1  k  ab C  2  2  HL  HL

2 qL  H = 8 f

D=

Pl  3  EI

3

a  =

a L

b=

b L

3  3  PL  a 2 b 2  PL  '  n = （ ) = C  EI  3  EI  '  k

可人为调节

主缆水平分力H与跨径的平方成正比 与跨径的平方成正比，主缆的重力刚度HL2与跨径的四 次方成正比，跨径越大主缆的重力刚度越大 跨径越大主缆的重力刚度越大

045

22+61×19+22 0051

22+61×19+22 0051

045

074

81+61×97+81 0031

81+61×97+81 0031

074

m0801×2

093

02+61×56+02 0801

02+61×56+02 0801

093

Ø 主跨跨径2×1500m

Ø 主跨跨径2×1300m

Ø  主跨跨径2×1080m

n 跨径对刚度的影响

3. 几个关键技术问题

主缆矢跨比1/9

056

02+61×011+02 0081

02+61×011+02 0081

056

Ø 主跨跨径2×2000m  Ø 主跨跨径2×1800m

主 跨 跨 径

3. 几个关键技术问题

跨径对刚度的影响

主跨跨径(m) 项目 2×1080 1080 中间塔纵向刚度(MN/m)（全桥模型） 加劲梁最大竖向活载挠度(m) 相应挠跨比 主缆抗滑安全 系数K μ＝0.2 μ＝0.15 24.31 4.565 1/237 2.074 1.556  2×1300 29.32 4.387 1/296 2.054 1.541 2×1500 34.45 4.604 1/326 2.164 1.623 2×1800 35.83 5.228 1/344 2.490 1.868 2×2000 40.54 5.232 1/382 2.560 1.920

随着三塔悬索桥主跨跨径的增加，加劲梁的挠跨比和主缆抗滑移安全系数 加劲梁的挠跨比和主缆抗滑移安全系数 越来越容易满足规范的要求

3. 几个关键技术问题

跨径 抗滑安全系 数K≥2 1080m 1300m 1500m 1800m 2000m λ≤25.45 λ≤31.38 λ≤39.25 λ≤53.11 λ≤64 λ≥26.46 λ≥24.35 λ≥23.6 λ≥23.04 λ≥22.49 挠跨比≤1/250

注：上表以初设时的加劲梁重为基础，增加梁 重后本桥刚度有交集

Ø 中塔刚度由裸塔刚度与主缆刚度集成而成 Ø 跨径增大，中塔纵向刚度对桥梁整体设计 的制约变得较弱，使得多塔悬索桥中塔的 纵向刚度设计范围变大，中塔塔形设计变 得更加自由。

柔性体在弧面上两端的力

Fct  = F  e μα s  cl

ma s  = ln(

Fct  )  F  cl

K =

ma s

F  ln(  ct  )  F  cl

F  由  ( q  ct

梁

+ q  + q  ) L  引起 活 缆

F  由 ( q 梁 + q 缆 ) L  引起 cl

随着跨径增大加劲梁集度不变，活载的集度亦不变 活载的集度亦不变，而缆的荷载集

q q  度增加，故  (  梁  + q  + q  ) /(  梁 + q  )  下降 活 缆 缆

3. 几个关键技术问题

n 主跨 2000m 独柱砼塔方案

单元中点 高程(m) 297.9 238.7 123.7 50.37 22.67 面积 (m2 ) 78.2 86.9 136.9 151.9 182.9 纵向惯 横向惯 扭转惯 纵向尺 性矩(m4) 性矩(m4) 性矩(m4) 寸(m) 2481.1 644.3 1723 17.2 3458.2 814.1 2217 19.2 7396.4 1393.3

4001 25 10154.8 1774.6 5161 25.5 12606.6 2043.4 6051 26.5 横向尺 寸(m) 寸 8 8.4 9.2 9.7 9.9 壁厚 (m) 1.8 1.8 2.5 2.5 3

中塔抗 推刚度 (MN/m)

62.4

主缆抗滑安 全系数 K(μ=0.2)

2.227

加劲梁竖向变形 最大挠 度(m)

3.520

挠跨比

1/568

中塔顶 最大纵 向位移 (m)

1.181

截面1应力(MPa) 截面 最大压 应力

19.2

截面2应力(MPa) 最大压 应力

21.8

截面3应力(MPa) 最大压 应力

20.3

最大拉 应力

4

最大拉 应力

5.1

最大拉 应力

4.3

3. 几个关键技术问题

关键之三：塔柱节段竖向分块

下塔柱：浮吊大节段 浮吊大节段 上塔柱：一台塔吊 一台塔吊

3600

11425

3. 几个关键技术问题

吊臂与吊重范围

吊臂长度在22m 左右，起吊重量限制 在150t以下，加上 8t吊具，实际有效吊 重在142t以内。

3. 几个关键技术问题

n

-50 -50 -50 -50 -44 -60 -60 -60 -60

D6～D17节段采用竖向分块

重量(t/m) 半块重(t/m) 57.4 28.7 21.73 8.988 9.313 9.413 9.51 11.561 11.718 11.835 11.951 12.073 12.4 14.254 15.391 15.494 15.592 15.692 15.792 15.893 15.993 16.407 98.2 11.294 12.431 12.534 12.632 12.732 12.832 12.933 13.033 13.447 109.7 115.9 117.2 118.2 119.4 122 87.5 93.7

6*750 800

6600

节段重(t)

600 2*400

5000

-50

5000

-40×500 -44

-60 -60 -60 -48×500 -60

-60

43.46 17.976 18.626 18.826

114.8 107.83 130.38 109.8 113.5 104.5 106.1 107.9

7866.6

-50

-60

塔吊布置图

9866.6

19.02 23.122 23.436 23.67 23.902 24.146 24.8 25.548 27.822 28.028 28.224 28.424 28.624 28.826 29.026 29.854

95 96 97.2 99.8

3600

11425

重量(t/m) 近吊机侧 远吊机侧 近吊机侧 远吊机侧

3*900

2*1200

3. 几个关键技术问题

纵向拼接缝

竖向拼接大样

人孔

分割前  电梯孔

CL

分割後 分块后

5000

5000

楼梯道

分離後

CL

CL

3. 几个关键技术问题

3. 几个关键技术问题

210 中塔截面标高(m)

关键之四： 塔底钢混连接

180 150 120 90 60 30

上侧立柱 加载侧斜腿柱 非加载侧斜腿柱

n n n

塔顶纵向不平衡力对塔底的力矩主要由两塔 偏载情况下：①塔柱纵向弯矩值最大 塔柱纵向弯矩值最大；②非 塔柱轴向压力引起承台内的水平拉力

0 0 50000 100000 150000 轴力(kN) 200000 250000

柱轴向力与张开距离予以平衡 加载侧有拉应力出现

3. 几个关键技术问题

n 塔底锚固方式

连接受力简单、承台受力明确 承台受力明确

式方接连台承与柱塔

铰接

需设置大型钢支座，更换困难 更换困难

不采用

塔柱埋入法 固结 螺栓锚固法

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 承压板与承台顶面传递压力 螺栓锚固承担弯矩引起的拉力

不采用

推荐采用

3. 几个关键技术问题

PBL剪力键？  ——传力不直接

钢绞线拉索锚固？——预应力损失大 预应力损失大 高强预应力螺杆  ——锚固可靠

3. 几个关键技术问题

60 0 600 1200 12 00 12 00 1200 60 0 60 0 1200 12 00 12 00 120 0

6600 14000

50

17500 350 1140 3440

40 50

17500

4

8x600

4 1

1600 4100

350

350 仓内浇注微膨胀混凝土

1140 3440

8x600

40 5 0

1

1600 4100

350

顶板

2000

顶板

2000

150

承压板

5550 3350

R10 00

11950 5x300 700 700 37x300 150

R10 00

9x6000

4320

11x100

中 垂 线

125

150

承压板

125

11x100

承 台 横 桥 向 中 心 线

200

12x150

150

7x150

4320

中 垂 线

仓内浇注微膨胀混凝土

1450

1450

50

50

125

承 台 横 桥 向 中 心 线

290 4x600 590 910 17170

7x150

50

底板

250

490 790 3x600

9x600 500 100 6180 2850 4x600

290 590 910 17170 定 位 架 中 心 线

125 490 790 250 2850 3x600

12x150

底板

9x600 500 100 6180

2910

2910

定 位 架 中 心 线

13x5000

720

720

7600 450 950 4x600 4x600 950 450

塔中心线侧

450 1100 1250 300 300 13x300 300 300 1250 1100 300 300 11x300 300 300

10775

6000吨水平分力如何平衡 吨水平分力如何平衡？

大样

3x600

800

斜腿内侧

48264.6

17500

17500

800

3x600

300 300

3. 几个关键技术问题

0.30  0.25

0.20

摩擦系数

0.15

第一组 第二组 第三组 第四组 第五组

0.10

0.05  1  2  3  4  5  6  7

正压应力(MPa)

影响因素：正压应力、表面粗糙度 表面粗糙度、表面平直度、表面间滑移 n n n 钢板与混凝土之间的摩擦系数随法向压应力的增加而降低； 钢板与混凝土之间的摩擦系数随法向压应力的增加而降低 混凝土与钢板的表面平直度由好变差，则相应的钢板与混凝土之 混凝土与钢板的表面平直度由好变差 由于钢板与混凝土之间的相对滑移，造成混凝土块表面的凸起被 由于钢板与混凝土之间的相对滑移

间的摩擦系数逐渐降低； 削平，从而使摩擦系数增加。

3. 几个关键技术问题

600

60 0

12 00 12 00 12 00 12 00

6000 50

17500

4

350

1140 3440

8x600

40 50

1

1600 4100

350

顶板

顶板

2000 仓内浇注微膨胀混凝土

50

150

承压板

承压板

50

2500

1450

50

R1 00 0

压浆层 混凝土顶面 +6.000

承台顶面

4320 中 垂 线

承 台 横 桥 向 中 心 线

290 4x600 590 910 17170 定 位 架 中 心 线

50

125 490 790 250 2850 3x600

12x150

底板

9x600 500 100 6180

720

2910

3. 几个关键技术问题

斜 面 打 磨

打磨方案

工 艺 试 验

明 石 桥 塔 底 连 接

p 日本： ：明石桥——平面度为1mm 、凹凸

0.5mm/m、 、倾斜度1/10000

p 美国： ：金门桥——111m2,即1200平方英尺，

高差小于0.76mm，即0.03英寸 高差小于

3. 几个关键技术问题

n n

塔底截面布置34根直径为 单个螺栓预拉力为3000KN

首节段

130mm的40CrNiMoA螺杆

混凝土塔座

结合间隙

3. 几个关键技术问题

聚硫密封剂(2) 聚氨脂面漆 聚硫密封剂(1) 环氧底漆 ?130 130mm螺杆 高强玻璃布

p p p p p

强度：极限

强度>980MPa，屈服强度 屈服强度>835MPa 防护涂装部位 涂装材料 厚度（μm） ） 环氧底漆 80 表面硬度 聚硫密封剂(1) 2000～3000 3000 同轴度、公差配合标准 600 高强玻璃布2层 螺杆防护段 探伤标准 聚硫密封剂(2) 2000～3000 3000 聚氨脂面漆 120 静载试验

钢套钢防护方案改为无粘结柔性防护方案

目

1. 项目概况 2. 中塔结构设计

录

3. 几个关键技术问题 4. 施工方案

承台变形、砼收缩、弹性压缩、沉降

底座板在平台上定位

组装底座板纵横向加劲

D0与D1节段预拼装

2009年3月18日首节钢塔吊装

水平预拼

2009年6月3日D1节段吊装

2009年8月15日D4节段吊装

谢谢各位专家、代表！ 谢谢各位专家