嘉绍大桥设计创新研究-济南汇报

1、汇报人： 林道锦中交公路规划设计院有限公司2017年年10月月2汇 报 提 纲1 1. .工程背景工程背景: : 钱塘江钱塘江强涌潮建设强涌潮建设条件条件2 2. .总体方案：总体方案： 因地制宜的桥型、结构因地制宜的桥型、结构形式及施工方案形式及施工方案3 3. .创新创新技术技术1 1：多塔斜拉桥多塔斜拉桥创新结构体系创新结构体系4 4. .创新创新技术技术2 2：刚性刚性铰新型结构装置研发铰新型结构装置研发5 5. .创新创新技术技术3 3：多功能多功能全方位钢箱梁检查车研发全方位钢箱梁检查车研发6 6. .技术技术总结总结： 项目取得的社会效益、项目取得的社会效益、经济效益经济效益3钱

2、塘江是世界三大强涌潮河流之一，钱江涌潮是举世闻名的自然奇观起潮段强潮段退潮段江东大桥下沙大桥九堡大桥钱江一桥彭埠大桥西兴大桥复兴大桥杭州湾大桥1. 1. 工程工程背景背景: :钱塘江强涌潮建设条件钱塘江强涌潮建设条件钱江涌潮成因：1、入海口喇叭形2、澉浦附近存在一个沙洲；3、风向东南风。嘉绍大桥嘉绍大桥4在强涌潮环境下，面临着潮强流急、深槽摆幅大、施工风险高、保护涌潮奇观等带来的巨大挑战潮强流急强涌潮强涌潮环境主要挑战环境主要挑战涌潮保护河床摆动潮压达潮压达 75kPa流速超流速超 10m/s深槽摆动幅深槽摆动幅度度 2km以上以上施工受限潮差达潮差达9m，低潮低潮位水位水浅浅有效运输时间有效

3、运输时间小小于于 1h/d确保结构阻水确保结构阻水率率 5%以下以下1. 1. 工程工程背景背景: :钱塘江强涌潮建设条件钱塘江强涌潮建设条件5提出了主跨428m、总长2680m独柱六塔双幅四索面世界最长钢箱梁斜拉桥主桥主桥2.2.总体方案：总体方案： 因地制宜的桥型、结构形式及施工因地制宜的桥型、结构形式及施工方案方案创新创新桥型桥型深槽摆幅深槽摆幅2km阻水率阻水率5%技术挑战技术挑战创新桥型创新桥型5428m独柱形桥塔独柱形桥塔5428m独柱六塔双幅四索面世界最长钢箱梁斜拉桥泥下承台通航范围通航范围2km2km、结构阻水率、结构阻水率5%5%，保证了通航，并保护了涌潮。，保证了通航，并保

4、护了涌潮。潮位差达潮位差达9m分体双幅钢箱梁分体双幅钢箱梁6提出了主跨428m、总长2680m独柱六塔双幅四索面世界最长钢箱梁斜拉桥主桥主桥2.2.总体方案：总体方案： 因地制宜的桥型、结构形式及施工因地制宜的桥型、结构形式及施工方案方案创新创新桥型桥型深槽摆幅深槽摆幅2km阻水率阻水率5%技术挑战技术挑战创新桥型创新桥型5428m独柱形桥塔独柱形桥塔潮位差达潮位差达9m分体双幅钢箱梁分体双幅钢箱梁低潮位水浅，只能利用有限的高低潮位水浅，只能利用有限的高平潮时段平潮时段运输，有效吊梁时间小于运输，有效吊梁时间小于1 1小时小时-10-8-6-4-2024681002468101214时间（小时

5、）潮位（m）流速（m/s）一般大潮 潮位过程5年一遇大潮 潮位过程300年一遇大潮 潮位过程一般大潮 流速过程5年一遇大潮 流速过程300年一遇大潮 流速过程有效吊梁时间段潮位流速一次大潮一次大潮过程的潮位及流速过程曲线过程的潮位及流速过程曲线必须采用适必须采用适宜快速运输宜快速运输吊装的上部吊装的上部结构形式结构形式7提出了主跨428m、总长2680m独柱六塔双幅四索面世界最长钢箱梁斜拉桥主桥主桥2.2.总体方案：总体方案： 因地制宜的桥型、结构形式及施工因地制宜的桥型、结构形式及施工方案方案创新创新桥型桥型深槽摆幅深槽摆幅2km阻水率阻水率5%技术挑战技术挑战创新桥型创新桥型5428m独柱

6、形桥塔独柱形桥塔潮位差达潮位差达9m分体双幅钢箱梁分体双幅钢箱梁首次完成了强潮河段钢箱梁运输吊装施工（首次完成了强潮河段钢箱梁运输吊装施工（ 7.7 7.7万吨、万吨、374374片片）。）。上部结构采用四索四索面分体面分体钢钢箱梁箱梁桥面吊机桥面吊机分幅独立吊装分幅独立吊装1 1、减小梁段吊装重量、减小梁段吊装重量2 2、降低吊机同步性要求、降低吊机同步性要求控制定位吊装时间在控制定位吊装时间在1 1小时内小时内中间横梁中间横梁滞后安装滞后安装8首次提出了3.8m大直径单桩独柱70m跨径连续刚构桥新型结构，控制了结构阻水率，规避了下部承台的施工风险。单桩独柱连续刚构桥新型结构单桩独柱连续刚构

7、桥新型结构引桥占总长引桥占总长70%结构阻水率结构阻水率5%结构阻水率仅为结构阻水率仅为 4.7%4.7%，有效保护了涌潮，有效保护了涌潮钢护筒用作钢护筒用作挡水和抗冲挡水和抗冲磨结构磨结构设置横系梁组成设置横系梁组成纵横向框架结构纵横向框架结构独柱独柱墩身墩身独柱独柱墩身墩身引桥引桥D3.8m桩基础桩基础D3.8m桩基础桩基础2.2.总体方案：总体方案： 因地制宜的桥型、结构形式及施工因地制宜的桥型、结构形式及施工方案方案9嘉绍大桥为嘉绍大桥为主跨主跨428m六塔斜拉桥六塔斜拉桥，为世界上最长，为世界上最长多塔斜拉桥。多塔斜拉桥。主要技术难点主要技术难点是是主梁竖向活载主梁竖向活载刚度刚度及

8、及长主梁温度变形长主梁温度变形问题问题3.3.创新技术创新技术1 1：多塔斜拉桥创新结构多塔斜拉桥创新结构体系体系边塔温度内力随塔数增加而增加边塔温度内力随塔数增加而增加主梁主梁刚度随塔数增加而降低刚度随塔数增加而降低竖向刚度不满足L/400规范要求边塔截面不满足承载力要求10传统体系传统体系主梁刚度主梁刚度边塔温度内力边塔温度内力结论结论漂浮体系半漂浮体系固结体系多塔斜拉桥存在刚度和温度效应难以协调的问题，传统结构体系均无法满足要求，必须通过调整结构支承体系增加竖向刚度和释放主梁轴向变形才能解决受力受力机理机理传统结构体系传统结构体系均不满足要求均不满足要求3.3.创新技术创新技术1 1：多

9、塔斜拉桥创新结构多塔斜拉桥创新结构体系体系半漂浮全漂浮在温度荷载受力及构造处理上有利固结对结构体系刚度有利11实现塔梁竖向和转动约束，力学行为接近固结，而构造上表现为分离释放主梁纵向位移并可约束其它位移，能抵抗弯矩、剪力和扭矩双排支座：解决体系刚度小刚性铰：解决主梁温度变形大竖向竖向刚度提高刚度提高26%26%边塔塔底温度内力降低边塔塔底温度内力降低36%36%“双排支座双排支座+ +刚性铰刚性铰”结构体系结构体系突破了刚度和温度效应的双重制约突破了刚度和温度效应的双重制约在国际上首创了“双排支座+刚性铰”多塔斜拉桥结构体系，科学合理地解决了结构体系刚度及长主梁温度变形的技术难题结构结构体系体

10、系双排支座双排支座3.3.创新技术创新技术1 1：多塔斜拉桥创新结构多塔斜拉桥创新结构体系体系12揭示了双排支座体系支座间距对多塔斜拉桥结构受力的影响规律，提出了基于支座负反力和托架弯矩的合理支座间距确定方法设计设计方法方法结构响应结构响应趋势趋势规律规律跨中挠度和塔顶水平位移减小不明显索塔内力减小不明显支座反力减小间距较小时明显，当达到一定大小时，趋势逐渐减缓支座总竖向力减小托架弯矩增大明显支座间距增大对结构响应的影响规律间距变化对索塔受力影响小基于支座负反力和托架弯矩的支座间距确定方法基于支座负反力和托架弯矩的支座间距确定方法3.3.创新技术创新技术1 1：多塔斜拉桥创新结构多塔斜拉桥创新

11、结构体系体系13实测数据验证了“双排支座+刚性铰” 结构体系的先进性和合理性。该新型体系推动了多塔斜拉桥设计理论和技术进步，应用前景广阔n3塔斜拉桥验证与验证与意义意义实现了多塔斜拉桥的无限拓展，具有广阔的应用前景实现了多塔斜拉桥的无限拓展，具有广阔的应用前景3.3.创新技术创新技术1 1：多塔斜拉桥创新结构多塔斜拉桥创新结构体系体系主梁活载竖向挠度校验系数均小于1.0温度变形与理论分析吻合度超过95%14首次提出了能释放主梁能释放主梁轴向变形，约束其他自由度变形，确保桥面轴向变形，约束其他自由度变形，确保桥面连续连续的钢箱梁刚性铰新型装置。新型新型装置装置 释放主梁轴向变形 约束其他自由度位

12、移将弯矩、扭矩、剪力转换为支座反力功能需求功能需求力学原理力学原理 将复杂的面接触受力转化为了明确可控的点接触受力实现效果实现效果刚性铰新型装置刚性铰新型装置密封系统除湿系统监测系统大箱梁小箱梁固定端专用支座专用伸缩装置关键构造关键构造保障系统保障系统更换系统4.4.创新技术创新技术2 2：刚性铰新型结构装置刚性铰新型结构装置研发研发15误差趋零安装空间有限更换在国际上首次发明了具备可正负无极调高并具有柔性减振功能的刚性铰专用支座，解决了刚性铰支座安装、预紧和更换的难题专用专用支座支座正负调高便于推出无级调高减振支座原理无级调高减振支座原理性性能能验验证证功功能能往复受力运营消减冲击7.214

13、.4051015普通支座普通支座刚性铰专用支座刚性铰专用支座累计滑移行程km10km/30a千斤顶:推拉调节板楔形板:调节高度 -10mm3mm缓冲减振垫:消减冲击滑板磨耗仅为滑板磨耗仅为 0.2mm0.2mm滑板磨耗滑板磨耗5mm5mm普通支座刚性铰专用支座4.4.创新技术创新技术2 2：刚性铰新型结构装置刚性铰新型结构装置研发研发16功功能能单元式多向变位伸缩装置单元式多向变位伸缩装置 当车速为80100km/h时，经过伸缩装置减振后冲击荷载与车轮荷载之比小于0.5高阻尼减振垫高阻尼减振垫聚氨酯弹性混凝土层聚氨酯弹性混凝土层伸缩装置伸缩装置轴向伸缩轴向伸缩弯剪扭组合受力弯剪扭组合受力多向变

14、位铰多向变位铰多向变位多向变位抗冲击、控疲劳抗冲击、控疲劳降低噪声降低噪声首次研发了具有减振降噪功能的单元式多向变位伸缩装置，实现了刚性铰的复杂变位功能，并优化了其边界条件伸缩伸缩装置装置4.4.创新技术创新技术2 2：刚性铰新型结构装置刚性铰新型结构装置研发研发17发明了刚性铰的安装调试检测方法和安装施工方法，实现了高精度制造安装工艺和控制技术安控安控技术技术48个支座滑移面与桥轴线严格平行4个小箱梁栓接面严格平行四个小箱梁栓接面相对错位误差 1mm，平行度达到“零误差”精度要求验证方法卷扬机定滑轮耳板组装方法小箱梁制造精度控制指标体系平面度0.2mm平行度0.5mm垂直度0.5mm粗糙度1

15、2.5m“反向拼装”安装方法制作固定端单元块固定端与小箱梁栓接栓接面与大箱梁横隔板焊接跑合试验跑合试验往复推拉推拉力检测实测摩擦系数小于0.03，误差在5%以内4.4.创新技术创新技术2 2：刚性铰新型结构装置刚性铰新型结构装置研发研发4 刚性铰运营期情况刚性铰实桥运营期状况02004006008001000DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-D

16、IS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-DIS-G56-刚性铰位移计最大行程（刚性铰位移计最大行程（mm)各刚性铰位移变形协调、一致，最大位移行程约为805mm，小于设计值136

17、0mm，变形性能及变形范围正常。DIS-G01-01SDIS-G01-02SDIS-G01-03SDIS-G01-04S刚性铰支座位移计刚性铰支座位移协调性4.4.创新技术创新技术2 2：刚性铰新型结构装置刚性铰新型结构装置研发研发DIS-G56-01SDIS-G56-02SDIS-G56-03S车辆动载位移4 刚性铰运营期情况由10分钟最值与差值的统计结果，动载引起的刚性铰位移绝大多数小于5mm，一般不超过20mm。局部分析十分钟内的位移行程未发现刚性铰有受活载引起的频繁微动现象。4.4.创新技术创新技术2 2：刚性铰新型结构装置刚性铰新型结构装置研发研发刚性铰实桥运营期状况DIS-G56-

18、01SDIS-G56-03SDIS-G56-05S刚性铰小箱梁处累计位移总量在369.8m934.1m之间。大部分小于600m，年均200m。工作状态正常、支座磨损量在可接受范围内。以累积滑移行程能力10km计，寿命超过50年累计位移4 刚性铰运营期情况由逐月累计位移统计结果可见，累计位移与月份有一定相关性，但并未发生随年份的显著变化。表明刚性铰工作状态和工作性能比较稳定。02004006008001000DIS-G56-01SDIS-G56-02SDIS-G56-03SDIS-G56-05SDIS-G56-07SDIS-G56-08SDIS-G56-09SDIS-G56-12SDIS-G56

19、-13SDIS-G56-14SDIS-G56-15SDIS-G56-18SDIS-G56-19SDIS-G56-20SDIS-G56-21SDIS-G56-24SDIS-G56-25SDIS-G56-26SDIS-G56-27SDIS-G56-28SDIS-G56-30SDIS-G56-31SDIS-G56-32SDIS-G56-33SDIS-G56-36SDIS-G56-37SDIS-G56-38SDIS-G56-39SDIS-G56-40SDIS-G56-42SDIS-G56-43SDIS-G56-44SDIS-G56-45SDIS-G56-46SDIS-G56-47S累计位移上限累计位移

20、上限 （m）刚性铰实桥运营期状况4.4.创新技术创新技术2 2：刚性铰新型结构装置刚性铰新型结构装置研发研发21检查车是钢箱梁检查维护的重要设备。针对多塔斜拉桥跨数多、X托架检修盲区难题，研发了全方位多功能钢箱梁检查车多功能多功能检查车检查车技技 术术 难难 题题索塔及刚性铰将全桥双幅分为20个检修区段常规布置共需要20台检查车X托架存在检修盲区-全方位多功能钢箱梁检查车全方位多功能钢箱梁检查车实现了钢箱梁检修无盲区全覆盖全桥仅需4台新型检查车5.5.创新技术创新技术3 3：多功能全方位钢箱梁检查车多功能全方位钢箱梁检查车研发研发225.5.创新技术创新技术3 3：多功能全方位钢箱梁检查车多功

21、能全方位钢箱梁检查车研发研发左、右驱动机构左、右驱动机构 首先首先通过驱动装置转动旋转轨道将一侧轨道进行变轨，旋转变轨后通过左右驱动装置的通过驱动装置转动旋转轨道将一侧轨道进行变轨，旋转变轨后通过左右驱动装置的协调动作，进行检查车顺时针或逆时针转体。转体动作为可逆动作，实施逆向动作即实现协调动作，进行检查车顺时针或逆时针转体。转体动作为可逆动作，实施逆向动作即实现检查车转体还原检查车转体还原。关键词关键词：变轨：变轨：通过驱动装置通过驱动装置90度转动旋转轨道；度转动旋转轨道；转体：转体：左右驱动装置的协调动作左右驱动装置的协调动作，检查车由直线行走姿态顺时针或逆时针检查车由直线行走姿态顺时针

22、或逆时针转体转体还原：还原：左右驱动装置的协调动作左右驱动装置的协调动作，检查车由转体姿态归位到直线行走姿态。检查车由转体姿态归位到直线行走姿态。旋转轨道旋转轨道 转体检查车运动原理转体检查车运动原理23发明了检查车安全挡块自动自锁装置，并研发了小车左右直线同步行走控制系统，保证了检查车跨轨道行进的可靠性控制控制系统系统挡块自动复位旋转轨道90限位自动对中停车旋转轨道搭板卡块PLC逻辑控制实现同步驱动安全控制系统安全控制系统同步行走控制系统同步行走控制系统限位传感器和滑移补偿同步控制215.5.创新技术创新技术3 3：多功能全方位钢箱梁检查车多功能全方位钢箱梁检查车研发研发24全方位多功能钢箱

23、梁检查车和传统方式相比减少了80%的检查车数量，一次过墩时间仅需15分钟，可普遍应用于多塔多跨桥梁推广推广意义意义嘉绍大桥钢箱梁检查车桁架系统钢箱梁检查车运行展示5.5.创新技术创新技术3 3：多功能全方位钢箱梁检查车多功能全方位钢箱梁检查车研发研发25 四项创新四项创新 1. 1. 强涌潮环境新型桥型与结构型式及施工方法强涌潮环境新型桥型与结构型式及施工方法 2. 2. “双排支座双排支座+ +刚性铰刚性铰”多塔斜拉桥结构体系多塔斜拉桥结构体系 3. 3. 钢箱梁刚性铰新型装置钢箱梁刚性铰新型装置 4. 4. 全方位多功能钢箱梁检查车全方位多功能钢箱梁检查车6.6.技术总结技术总结： 项目取得的社会效益、项目取