青藏鐵路拉薩河大橋
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題 目:青藏鐵路拉薩河大橋 |
內容提要:
青藏鐵路拉薩河大橋較好地適應了既要體現民族特色又要具有時代氣息的特定環境而為世人關注?!肚嗖罔F路拉薩河大橋》系統地總結了青藏鐵路拉薩河大橋的技術成果。全書共分五章:第一章 介紹自然環境與人文環境,第二章 介紹橋式方案,第三章 介紹設計及計算分析情況,第四章 介紹模型試驗及分析情況,第五章 分紹施工情況。
《青藏鐵路拉薩河大橋》圖文并茂,內容豐富,可供從事鐵路橋梁科研、設計、施工、建設管理、教育等相關人員參考。
作者簡介
孫樹禮,1961年10月出生于河北省定興縣。1983年7月畢業于西南交通大學鐵道工程專業,現任鐵道第三勘察設計院集團有限公司副總經理兼總工程師,教授級高工,天津市授銜橋梁設計專家,中國交通運輸協會城市軌道交通中青年專家。兼任天津市鐵道學會常務副理事長、天津市咨詢決策委員會委員、中國土木工程學會橋梁及結構工程分會理事、《世界橋梁》及《鐵道標準設計》編委會委員。鐵道部勞動模范。
孫樹禮同志長期從事鐵路、公路、市政橋梁的勘測設計及技術管理工作,在橋梁設計、科研及技術管理方面具有豐富的經驗。主持或參加“上海蘇州河閘橋主橋鋼箱梁”、“濟南樞紐北關特大橋——我國鐵路橋梁中首次采用的SRC框架墩”、“大準鐵路黃河橋(96+132+96)m大跨度無豎桿剛性鋼桁梁柔性拱橋”、“嚴寒地區采用16Mnq的嫩江特大橋64m鋼桁梁”、“哈大線鞍鋼橋——鐵路第一座斜交預彎型鋼混凝土梁”、“天津彩虹橋3-168m簡支下承式鋼管混凝土拱橋”、“上海明珠線(s4+128+54)m鋼管混凝土拱預應力混凝土連續梁組合結構的漕溪路橋及(80+112+80)m雙壁墩預應力混凝土連續剛構的中山西路橋”、“煙大鐵路輪渡棧橋”、“青藏鐵路拉薩河大橋”等項目設計與科研,同時主持“天津地鐵一號線”、“津濱輕軌”以及“京津城際鐵路”、“京滬高速鐵路”等地方和國家大型重點建設項目。多個項目獲得了國家或省部級獎勵,其中已建成通車的京津城際鐵路是我國第一條時速350km高速鐵路,多項指標達到世界先進水平。
在國內期刊發表《青藏鐵路拉薩河大橋設計關鍵技術及試驗研究》、《連續梁拱組合橋梁設計關鍵技術對策研究》、《橋墩墩頂橫向水平位移限值的研究》等論文10余篇,有很高的學術價值。孫樹禮同志獲國家科技進步特等獎一項;省部級科技進步特等獎一項,一等獎三項,二等獎一項,三等獎一項,四等獎一項;省部級優秀設計五項;2007年獲第九屆詹天佑鐵道科學技術獎成就獎。
目錄
第一章 自然環境與人文環境
第一節 自然環境
第二節 人文環境
第二章 橋式方案
第一節 征集方案設計特點
第二節 鋼管混凝土疊拱連續梁橋設計理念
第三章 設計及計算分析
第一節 總體設計
第二節 主橋上部結構
第三節 主橋施工方案設計
第四節 引橋上部結構
第五節 橋梁下部結構
第六節 地震反應分析及工程抗震措施
第七節 拉薩河大橋動力特性及行車性能分析
第八節 鉸軸滑板鋼支座設計
第九節 橋面系構造及養護維修設計
第四章 模型試驗及分析
第一節 拱腳光彈性試驗及有限元分析
第二節 吊索錨固體系靜動載試驗
第三節 鉸軸滑板鋼支座模型試驗及有限元分析
第五章 施工
第一節 工程特點
第二節 總體施工方案
第三節 混凝土連續梁施工
第四節 鋼管拱焊接
第五節 鋼管拱架設
第六節 新型鉸軸鋼支座安裝
第七節 施工階段監控測試
第八節 C50鋼管混凝土配合比試驗
第九節 圍堰封底技術
參考文獻
后記
序言
2007年中國鐵路代表團在德國與同行進行技術交流時,席間德國專家打開了便攜電腦,展示他心目中最美的中國鐵路橋梁。湛藍的天,雪白的云,巍然傲立的雪峰和清澈的河水,一座整體純白色連拱橋宛如潔白的哈達,飄舞在寬闊的河面上——那就是青藏鐵路拉薩河大橋。
拉薩河大橋距青藏鐵路終點拉薩車站約2 km,距拉薩市中心約5 km,是世界首條海拔最高、線路最長、地質情況最復雜的高原鐵路——青藏鐵路的標志性工程之一。
拉薩河大橋孔跨布置為:5-3×32.7 m預應力混凝土連續箱梁+(36+72+108+72+36)m鋼管混凝土拱連續梁+3×32.7 m預應力混凝土連續箱梁,全橋長928.85 m。主橋采用鋼管混凝土拱連續梁組合結構,引橋采用預應力混凝土連續箱梁。主橋五跨三拱的結構體系、108 m中孔雙層疊拱形式均為國內首次采用。系桿拱宛如潔白的哈達,飄舞在青山碧水間,變截面的連續箱梁仿佛連綿起伏的雪山,托起潔白的哈達。該橋型適應了既要體現民族特色又要具有時代氣息的特定環境,并填補了國內大跨度下承式混凝土連續梁鋼管疊拱組合結構鐵路橋梁的空白。主橋橋墩采用變截面雙圓柱墩,像牦牛的骨骼充滿力度,并且與上部結構優美的曲線風格相統一;引橋橋墩采用雪蓮花式的變截面圓端形墩,具有濃厚的西藏當地鄉土人情風味。
拉薩河大橋設計新穎、獨特,它的主梁采用雙主縱梁實體截面,與鋼管拱形成組合體系,不僅傳力明確,而且豎向剛度大,施工及養護維修方便??紤]該橋所處的特殊地理氣候條件,設計中按照少維修和免維護的設計理念成功開發了應用拱腳構造、新型鉸軸式鋼支座、新型吊桿錨固體系。同時,工程中采用纖維混凝土拱腳、混凝土外涂裝及鋼結構長效涂裝體系等綜合措施,提高了橋梁的結構耐久性。施工中還采用先梁后拱、大節段吊裝法施工,以減少現場焊接及拼裝作業,保證了工程質量。
后記
建設青藏鐵路,是黨中央在21世紀之初做出的重大戰略決策。青藏鐵路的建設,在青藏高原開辟了一條經濟、快速、大能力、全天候的運輸通道,對于改變青、藏兩省區交通落后狀況,填補西藏地區鐵路路網空白,完善西部路網布局,對于調整西藏的能源結構,保護生態環境,實施可持續發展戰略,加快西藏經濟發展,對于加強西藏與內地的聯系,促進文化交往,增進民族團結,提高人民生活水平,保持社會穩定,具有重大意義。
拉薩河大橋設計適應了既要體現民族特色又要具有時代氣息的特定環境,成為青藏鐵路標志性S-程之一。在國內鐵路橋梁中首次采用多孔鋼管混凝土疊拱連續梁組合結構體系,提出的設計理論、方法和結構構造技術先進,合理可行,很好地解決了工程實際問題;研究提出的多項耐久性措施體現了青藏鐵路少維護和便于維護的設計理念;施工技術的創新提高了工程建設效率并保證了工程質量。拉薩河大橋在設計、施工等方面取得了良好的社會效益和經濟效益。
拉薩河大橋具有以下技術創新點:
?。?)設計中引入橋梁建筑美學的設計理念。主橋采用(36+72+108+72+36)m五孔三拱大跨度下承式連續梁鋼管混凝土疊拱組合結構體系,橋式方案實現了橋梁建筑美學、橋梁結構先進性與地域人文環境的有機融合,體現了民族特色和時代氣息,具有創新性。
?。?)在國內鐵路橋梁中首次采用多孔鋼管混凝土疊拱連續梁組合結構體系。通過組合結構受力體系和空間分析研究、拱腳構造及拱腳光彈性試驗研究、吊索錨固體系及靜動載試驗研究、X-程抗震措施及地震反應分析、橋梁動力特性及行車性能分析、大噸位少維護鋼支座研究、混凝土配合比試驗研究、施工階段監控測試分析等關鍵技術試驗研究,提出的綜合設計理論、方法和結構構造技術先進,合理可靠,很好地解決了工程實際問題。
?。?)用連續梁中支點向上變高作為拱腳,適應了景觀設計需要,降低了橋梁建筑高度,結構受力合理,使體系的負彎矩由主梁承受,大大改善了負彎矩區橋面板的受力狀態,為一定條件下大跨度預應力混凝土連續梁的設計提供了經驗和例證。
?。?)吊索錨固體系采用承拉式錨箱結構,錨頭及吊索端部均外露,體現了青藏鐵路少維修、易養護的設計理念。經靜載和疲勞試驗檢驗滿足各項性能要求,在拱橋吊索錨固方式上實現了創新。
?。?)研發的新型大噸位鉸軸滑板鋼支座,受力性能好、轉動和滑動靈活、耐久性好、養護工作量小,具有推廣價值。
文摘
插圖:
?。ㄈ┻B續梁系桿預應力張拉方案
短鋼束、通長鋼束和橋面板中鋼束的張拉,在相應梁段混凝土或后澆段混凝土灌注完成且強度和彈性模量達到100%后進行;錨于拱頂的長鋼束分兩階段張拉,1/3鋼束在梁拱組合體系形成前張拉,2/3鋼束在梁拱組合體系形成且橋面二期恒載加載后張拉。通過張拉預應力來調整兩拱肋內力分布,使兩拱肋內力分布趨于一致。
二、鋼管拱施工方案
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根據鋼管拱的穩定性分析和應力計算結果,中拱和邊拱均采用直徑為φ5900 mm、壁厚為14 mm的鋼管。由于鋼管直徑較小,為使吊桿鋼錨箱的錨板在鋼管內定位準確,保證錨板與鋼管的焊接質量,鋼管拱采用管節長度為1 600~2000mm的直管對接,鋼管拱的相貫對接焊縫采用熔透Y形坡口焊。每節鋼管的長度,按各管節焊縫至吊桿錨板或連桿之間的距離均不小于150 mm確定。
中拱上、下拱肋中心長度分別為113.58m和107.16m,中拱總重量(包括橫撐、上下拱肋之間的連桿及吊桿錨箱等)約226 t;邊拱拱肋中心長度為72.86 m,每孔拱肋重約135 t。施工設計中鋼管拱的吊裝方案采用汽車吊分片吊裝,每片拱肋分為8個節段,1個合龍段,其中預埋于拱腳混凝土中的根部節段長約4 m,其他節段最大分段長度約20 m,最大吊重約16 t。實際施工中,鋼管拱采用龍門吊吊裝,鋼管拱由單片拱肋的吊裝改為雙片拱肋連同橫撐一起吊裝;邊拱肋的吊裝節段也分別由6段和8段減少到4段和6段。汽車吊裝方案施工費用較為節省,但鋼管拱施工工期較長,龍門吊吊裝方案施工費用較高,但鋼管拱所需安裝工期短,吊裝方案應根據現場情況和施工工期等因素綜合考慮。
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鋼管拱合龍后拆除拱肋支架,使其首先承受自身的重量,然后灌注鋼管內混凝土。為使拱腳和系桿受力均勻,主拱和邊拱上、下拱肋混凝土的灌注交錯進行,最后灌注邊拱腹腔內混凝土。鋼管拱在形成鋼與混凝土組合截面之前,混凝土的自重由拱肋鋼管承受,在混凝土強度達到100%形成組合截面之后,由鋼與混凝土共同承受,先灌注的混凝土將參與后期的受力,鋼管拱的應力采用分步疊加法。施工過程中鋼管拱各控制截面的應力見表3-3一l,主橋各施工階段鋼管拱的應力見表3-3-2。由表3-3-1和表3-3-2中鋼管拱的應力可見,混凝土灌注過程中,邊拱和中拱鋼管的應力比較接近,在主橋其他各施工階段,邊拱鋼管的應力較小,中拱鋼管的應力較大,且上、下拱肋應力比較均勻,說明所選擇的拱的形式、連續梁系桿預應力的布置和張拉順序,以及拱肋混凝土的灌注順序等都比較合理。