三汊矶湘江大桥
长沙三汊矶湘江大桥是我国最大的自锚式悬索桥,是长沙市规划的市内跨越湘江的八座大桥之一,位于长沙市二环线,是北环线的主要组成部分和关键工程。三汊矶大桥主跨长为328m,主桥长为732m,全桥总长为1577m,双向六车道,桥面宽29米。设计概算3.9亿人民币。2006年9月1日通车。
一、结构布置
1、塔柱结构
西塔柱自承台以上高106.16m,东塔柱自承台以上高104.53m,塔桩桥面至塔顶均为71.752m。说明两塔下塔柱的倾斜度不同。
2、塔柱截面
塔柱截面为箱形截面,塔顶处截面为5m(顺桥向)*3.5m(横桥向),壁厚0.7m,按1:11.656角度外收,自塔顶向塔底在顺桥向按1:100的比例进行扩大。下立柱(横梁以下)横桥向宽5.0m,壁厚1m,按1:5.077角度内收。
为避免角点处应力集中,在四个角点处设1.0m(顺桥向)*0.5m(横桥向)的倒角。
壁厚变化处设有2m的过渡段,塔顶因设置索鞍需要而设置了4m的实心段。
3、横梁设置
三汊矶湘江大桥横梁设上下两道,按预应力混凝土构件设计,箱形截面。以下横梁为界将塔柱分成上下两部分。下横梁截面为4.0m(宽)*6.0m(高),壁厚0.6m,48束12Φ15.20钢绞线;上横梁截面为3.0m(宽)*4.5m(高),壁厚0.5m,8束12Φ15.20钢绞线。
4、基础
桥塔基础为大直径钻孔灌注桩,分离式承台。每个承台下面为9根钻孔灌注桩,桩径2.4m,混凝土等级为C30;由于桥塔处基岩标高在横桥向变化较大,西塔柱上游侧桩长16.5m,下游侧桩长24m,东塔柱上游侧桩长17m,下游侧桩长16m;分离式承台为Φ17.0m*5m的圆柱体,承台顶用7m*4m横系梁相连。
二、支座约束方式对塔柱受力的影响
钢箱梁是通过支座支承于塔柱下横梁之上,支座的约束方式对主塔的受力行为有重大影响。在设计时,首先考虑设置纵向活动支座加阻尼器、纵向固定支座和纵向活动支座等三个方案,进行塔底顺桥向弯矩计算,经分析可得:
1、采用纵向活动支座加阻尼器
结构在温度等缓慢荷载作用下,主梁为纵向漂浮体系;在汽车制动力、地震力等动力荷载作用下,主梁纵向约束于塔柱,各立柱受力均匀,减少了单个塔柱基础受力。
2、采用纵向固定支座
两塔柱受力不均匀,对结构不利。
3、采用纵向活动支座
在发生地震力时,由于地震力通过塔顶仁传递,塔底弯矩会急剧增大。
4、综上所述,三汊矶湘江大桥采用纵向活动支座加阻尼器的约束方式,共安装4个阻尼力为100t的MSTU抗震阻尼器。
三、对于横梁设计的考虑
在初步设计时,为改善桥塔横向受力性能,增强稳定性,拟在上下横梁间设置中横梁。但计算表明,在成桥状态,中横梁对塔柱横桥向内力影响很小,几乎可以忽略;在运营状态及温度工况下,中横梁的设置可以减小塔底及下横梁的弯矩,而塔柱在与下横梁的交接处的弯矩却有所增加,大约在10%以内;在横桥向风荷载作用下,中横梁可有效地减小立柱与下横梁的交接处的弯矩,对塔底的弯矩值却影响不大。
在成桥状态,设置中横梁时稳定安全系数为47.8,取消中横梁时稳定安全系数为27.6,中横梁的存在对桥塔的稳定有较大的影响,但稳定系数仍有较大富余,取消中横梁后仍能满足要求。
同时横梁高度的变化对桥塔稳定系数也有一些影响,下横梁高度的变化对桥塔稳定系数较横梁高度的变化的影响稍大。
由于三汊矶湘江大桥所处位置风荷载不控制设计,取消中横梁对结构受力影响不大,且可以取得较好的美学效果,因此,三汊矶湘江大桥取消了中横梁。
四、立柱截面尺寸对桥塔稳定的影响
由于桥塔一阶失稳模型为横桥向失稳,根据计算结果可知,立柱截面尺寸的变化对桥塔的稳定系数有一定的影响,其中上立柱截面尺寸的变化对稳定系数的影响较下立柱截面尺寸变化要大一些。