背景
矮寨特大悬索桥为钢桁加劲梁单跨悬索桥,桥梁两端直接与隧道相连,采用双向4车道高速公路标准,设计车速为每小时80公里,设计汽车荷载为公路-1级,桥面设计风速34.9m/s。地震动峰值加速度0.05g,地震动反应谱特征周期为0.35s。路基宽度24.5米,桥身全长约1073.65m,悬索桥的主跨为1176m。矮寨悬索大桥项目启动预算7.9亿元,实际完工造价15亿元。大桥施工方面对五大世界难题,制定了五大施工方案,下面就一起来看看施工三维仿真动画,还原最真实的施工现场吧。
[视频]矮寨大桥施工过程三维仿真动画:
五大世界难题
地形险要:
桥面到峡谷底高差达355米,两岸索塔位置距悬崖边缘仅70至100米。
地质复杂:
索塔处存在岩堆、岩溶、裂隙和危岩体等不良地质现象。仅在吉首岸索塔基坑附近就发现大小溶洞18个,其中最大的溶洞体积近万立方米。
气象多变:
峡谷多雾,瞬间最大风速为31.9米每秒,严重影响施工测量和主缆架设。
吊装难:
主缆及钢桁梁在300至400米高空架设,单件吊装最大重量达120吨。
运输难:
土建工程运量大,仅钢材、水泥、砂石等材料运输总量就达18万吨。
五大施工方案
首次采用塔梁完全分离结构。一般悬索桥设计中,塔与梁相接,但矮寨大桥索塔位置距悬崖边缘仅70-100米,下面即是数百米高的谷底,地形比较特殊。使用塔梁完全分离结构可以最大限度减少对山体的开挖,缩短钢桁梁长度,节省投资;实现了桥梁结构与自然景观的完美融合。
首次在悬索桥上使用大型岩锚吊索。由于选用了塔梁分离式悬索桥结构,使钢桁梁长度小于主塔中心距,主缆存在无吊索区,会出现吊索卸载应力为零的情况,且钢桁梁转角位移大,钢桁梁的上、下弦应力超标,需对钢桁梁作特殊设计。因而设计采用的是增加竖向锚固拉索方案,设竖向锚固拉索,通过预应力岩锚将其锚固于岩石上。
矮寨大桥的钢桁加劲梁包括钢桁架和桥面系。钢桁架由主桁架、主横桁架、上下平联及抗风稳定板组成。主桁架为带竖腹杆的滑轮式结构,由上弦杆、下弦杆、竖腹杆和斜腹杆组成。上弦杆、下弦杆采用箱形截面,除支座处腹杆采用箱型断面外其余均采用工字型截面。主桁桁高7.5m,桁宽27m,节间长度7.25m。一个标准节段长度14.5m,由2个节间组成,在每节间处设置一道主横桁架。
主横桁架采用单层桁架结构,由上、下横梁及竖、直腹杆组成,其中上下横梁采用箱形截面,腹杆均采用工字型截面。上、下平联均采用K形体系、箱型截面。
加劲梁的架设采用轨索移梁法,轨索移梁法即利用大桥永久吊索,在其下端安装水平轨索,再将水平轨索张紧作为加劲梁的运梁轨道,实现由跨中往两端节段拼装大桥的钢桁加劲梁。相对于桥面吊机拼装方案,轨索移梁方案可大大减少钢桁梁的高空拼装作业,既可节省工期和节约投资,又有利于保证施工安全及施工质量。
首次采用碳纤维预应力索对岩锚底座进行锚固。将岩锚吊索所受的拉力传至地面岩体上,常规岩锚索预应力筋材采用钢绞线,矮寨大桥根据研究试验后采用了高性能的碳纤维作为预应力筋材,与传统钢绞线相比,碳纤维材料具有重量轻、强度高、耐腐蚀的特点,为桥梁的安全提供充分的保障。
矮寨大桥采用了桥隧相联的形式,施工阶段,隧道入口仰(边)坡开挖、隧道掘进、塔基开挖、隧道式锚碇开挖均会对山体稳定造成一定影响;运营阶段,索塔与锚碇的荷载、端吊索的荷载将共同作用于山体。设计者运用了FLAC-3D岩土工程分析软件建立岩体的本构模型,对山体的整体稳定性进行了分析计算。对山体进行了必要的加固防护措施,以确保山体的稳定和桥梁结构安全。
为确保大桥的抗风稳定性和安全性,湖南大学风工程试验中心围绕该桥的抗风设计问题,做了系统的计算分析以及风洞试验研究。设计制作了1:245的全桥气弹模型,全面检验了矮寨大桥的抗风性能,完全满足抗风设计要求。鉴于山区风环境极其复杂,在桥址处建立了一种远程控制的新型的悬索吊挂式风环境观测系统,并已投入使用。长期观测资料将充实和修正现有风环境研究结果。
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