芜湖长江大桥
方秦汉1,2
(1.华中科技大学　土木工程与力学学院,　湖北　武汉　430074;
2.中铁大桥工程局勘测设计院,湖北　武汉　430034)
摘　要:芜湖长江大桥,是一座公路、铁路两用桥,在极其恶劣的环境条件下,采用了跨径为(180+312+180)m 的斜拉桥,其特点为塔矮,塔高与中跨跨径之比为0.11,边跨跨径大,边跨与中跨的比值0.577,铁路荷载很大,动力作用大,提高梁的刚度,采取了三点措施,以满足铁路运行的需要.关键词:芜湖长江大桥;　铁路;　刚度
中图分类号:U448.12+1 文献标识码:A 文章编号:1000-5730(2002)01-0001-03
1　概　况
芜湖长江大桥是中国建设规模最大的一座公
路、铁路两用桥,铁路双线,公路四车道.在正桥部分,铁路公路上下分层布置,铁路在下层,公路在上层,公路面行车道净宽18m ,两侧各设1.5m 宽的人行道,总宽21m .铁路桥总长10511.3m ,公路桥总长5681.2m ,其中正桥钢梁共有14孔,总长为2193.7m .大桥总体布置涉及水利、水上航运及航空,即有铁路编组站及城市规划等一系列复杂问题.梁底、轨底、塔顶三处的标高受到严格的控制,主航道孔布置成三跨(180+312+180)m 的矮塔斜拉桥(图1).副航道要求通航净宽140m ,钢桁梁的跨度采用144m ,靠岸边的钢梁跨径为120m ,全桥钢梁的跨径布置为[(120+2×144)+2联3×144+(180+312+180)+2×120]m
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图1　矮塔斜拉桥立面图/m
斜拉桥的主尺寸,塔高与跨径的特点如下.
塔高:桥梁中线上空,受飞行净空控制,塔顶在公路面以上仅约33.27m ,塔高与主跨比0.11,其比值仅为常规值的一半.跨度:主航道的通航净宽160m ,边跨180m ,无法设置边墩,致使边跨与主跨之比高达0.577,削弱了主跨的刚度.
2　桥梁的刚度
铁路动荷载与公路动荷载是两种完全不同性质的荷载,中国铁路标准活载,即中—活载,其图式见图2.本桥规模宏大,设计荷载标准有所提高,即设计荷载为中—活载,另规定1.4倍的中—活载检算主桁各构件,1.5倍的中—活载检算铁路桥面系等局部受力构件.由于列车动力作用大,对列车的运行平稳性和司乘人员、旅客的舒适度等均有严格要求,桥梁的刚度是至关重要的,适宜於用刚性体系的桥梁.公路汽车荷载轻、灵活,可以用柔性体系的桥梁.将柔性体系的斜拉桥改造成刚性体系的斜拉桥,在技术上有一定难度,本桥提高桥梁的刚度主要有三条措施.
a.加劲梁采用钢桁梁.
b.钢筋混凝土板与钢桁梁结合共同受力(简称结合梁)
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图2　中—活载图式
收稿日期:2002-03-11.
作者简介:方秦汉(1925-),男,中国工程院院士,教授;武汉,华中科技大学土木工程与力学学院名誉院长(430074).
第19卷第1期 华　中　科　技　大　学　学　报(城市科学版) V ol.19N o.12002年3月 J.of Huazhong Univ.of Sci.&T ech.(Urban Science Edition ) Mar.2002
c.塔矮,斜拉索的倾角较小,水平分力大,在这种情况下的公路桥梁往往设计成体外预应力体系的桥梁,斜拉索不锚固在塔上,索在塔顶的鞍座上通过,塔不承受索的水平分力,仅起到支承作用.若索锚固在塔顶,塔对梁的变形有约束作用,塔的刚度越大,约束作用亦大,为了提高梁的刚度,本
桥没有采用体外预应力体系,而采用斜拉桥体系
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图3　主塔基础设计图
3　构　造
a.两座主塔均采用低承台基础———双壁钢围堰钻孔基础,围堰外径30.5m,其高度分别为52.0m,43.0m,抽水水头差42m,是目前中国抽水最深的围堰,分别布置19根<3.0m(10号塔)及17根<3.0m(11号塔)钻孔桩.
b.塔是空心的矩形截面,每塔8对索锚固在塔顶,上下索的间距1.2m,最大索力17400kN,为了便于张拉索力,左右索之间不设抵消束的水平力的附属设施,索直接锚固在塔壁上(图4),此区段均需预应力.
c.斜拉索采用极限强度(σb)1780MPa,<7的钢丝组成,设计容许应力[σ]=0.4σb,安装容许应力[σo]=0.45σb.由于铁路动载巨大,应力变程也大,设计要求250MPa,200万次应力循环的高应力变程的钢丝束.
d.加劲桁的截面布置见图5,桁高13.5m,两主桁中心距12.5m,上下游两侧斜拉索的中心距23.4m,在主桁两侧设托架用于锚固斜拉索.
钢桁梁的弦杆,采用带肋的箱形截面,即在箱形截面的内侧,焊有四条纵向肋板,全封闭整体节点,节点处所有附连件都在节点处焊连.这里焊缝密集,纵横交叉,受力复杂,防止焊缝开裂及脆性断裂是值得重视的关键问题,均有专题研究.钢材是14锰铌桥梁钢,极限强度500MPa,屈服强度350 MPa,要求焊缝的冲击韧性C V在-30℃时48J
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图4　
塔顶锚固区示意图
图5　芜湖长江大桥钢桁梁横断面/mm
e.钢筋混凝土板通过焊连在钢梁上弦杆的焊钉与钢桁梁共同受力(图6),除增加梁的竖直及水平的刚度外,公路面行车道无断缝,有利于行车,并可节约钢材.混凝土板厚26cm,混凝土等级C50,混凝土是预制的,存放6个月后,准许上桥安装.斜拉桥是双伸臂安装的,两者结合,近似于
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同步进行,只准许落后两个节间
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图6　焊在钢梁上弦杆的焊钉
4　安　装
公路斜拉桥的加劲梁是非常柔的,对加劲梁的体系转换,可不予重视,以线性控制就可以.铁路斜拉桥的加劲桁比较刚,挠度计算值的不确定性以及斜拉索的倾角较小等原因,控制线型就行不通了,所以刚性桁梁必须要进行体系转换.将合拢段杆件及栓孔,按设计要求在工厂制造完成,工地安装时不许扩孔,更不许投孔,设计了双铰合拢法,实践结果,<33mm 的栓孔,打入<32.85mm 的冲钉(图7),实现了高精度的合拢,获得非常匀顺的挠度曲线(图8)
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图7　
合拢铰
图8　调束后的挠度曲线
5　结　语
铁路桥梁或公铁两用桥梁,动载巨大,动力作
用大,对桥梁的竖向及横向刚度要求高.铁路桥梁,梁的宽度不需要很大,即使双线铁路桥,桥梁的净宽10m 就够了.如何确定桁宽(横向刚度)是非常棘手的问题,芜湖长江大桥在恶劣的环境条件下,将柔性的斜拉桥改造为刚性的适合铁路运行的斜拉桥获得成功,为大跨度铁路桥梁建设提供了有益的经验.
The Wuhu Yangtze River Bridge
F AN
G Qin 2han
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(1.C ollege of Civil Eng.&Mechanics ,H UST ,Wuhan 430074,China ;
2.Major Bridge Reconnaissance &Design Ins.of China Railway Eng.C o.,Wuhan 430034China )Abstract :The Wuhu Y angtze River Bridge is a combined rail and highway double deck bridge.It is a cable 2stayed bridge with a 312m center span and tw o 180m side spans.The bridge is featured for the relatively low pylons ,the ratio of pylon height to span length is 0.11,the length ratio of side to main span is as high as 0.577,dynamic ef 2fect induced by heavy live load of railway makes it necessary to im prove stiffness of the girder ,three measures are taken to satis fy requirements of railway operation.
K ey w ords :the Wuhu Y angtze River Bridge ;railway ;stiffness
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第1期 方秦汉:芜湖长江大桥。