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【钢结构·桥梁】破解异型系杆拱桥的设计、施工难题钢便桥方案

时间: 2025-07-05

作者:91平台

  南京南部新城位于南京主城区东南方向。承天大道处在南京南部新城南北发展轴线km。承天大道跨外秦淮河大桥(以下简称承天大桥),是承天大道的控制性节点工程。南侧引桥下穿京沪高铁、仙西联络线,北引桥和绕城公路相交而过。承天大道工程是南京市“三年打通断头路”的重要工程,也是南京南部新城的“主城之门”,对缓解卡子门、双桥门立交拥堵,改善主城东南部路网,推动新城建设具有重要意义。

  承天大道北起应天东街、南至江宁区界。路线总体呈南北走向。道路自北向南与应天东街、机场路,机场二、三、四、五、七路,绕城公路、地铁五号线试车线、秦淮河、规划宁芜货线、仙西联络线、京沪高铁、土城头路交叉。

  由于大桥所处河段蜿蜒曲折,而且既有跨河桥梁众多,根据防洪防汛的需要,并结合水利设施建设的需求,该桥采用了一跨过河桥跨布置设计,满足了各方的需求。承天大桥全长约157m,红线m。结构类型为下承式空间多索面异型系杆拱桥、钢结构总重约7500吨。北侧引桥上部结构采用预应力钢筋混凝土箱梁,南侧引桥上部结构为预制小箱梁,人非桥上部结构采用钢箱梁。

  大桥于2018年10月正式开工,2018年12月完成两岸主墩桩基施工,2019年4月完成下部结构施工,2019年10月开始进行水中支架搭设,2019年12月26日主箱梁已拖拉就位, 2020年5月底完成大桥主体施工并拆除水中支架,目前正在开展大桥二层慢行系统及桥梁附属设施的施工。

  承天大桥,横跨秦淮河岸,南侧穿越京沪高铁,北侧紧邻绕城公路,连接城市CBD和生态公园,是南部新城重要门户和城市地标。

  南部新城位居“将军山”“方山”“青龙山”“紫金山”4座山峦的中央,得天独厚的地理位置,给了该桥设计以充分的灵感,将四山的剪影交汇于此,演化出桥的主体结构。大桥的4个三角拱象征汇聚的4座山,赋予了承天大桥稳定的结构和充满张力的形象。流动的线条漂浮于秦淮河上,远远望去,“如画山水”。承天大桥的轮廓延续了南部新城完整而跃动的城市天际线,为城市景观增添新高潮。

  承天大桥创新采用双层人非结构,人行、非机动车、机动车在这里被有效地隔离开,互不干扰。上层通道给行人提供安全舒适的步行环境、休息座位以及全景观景台,行人能够欣赏到外秦淮河全景;下层通道给非机动车提供高效、安全、视野开阔的骑行环境,同时无阻碍观赏秦淮河风光。

  承天大道桥梁沿线串联机场跑道公园、预留白地、河头湿地公园等多个城市公园绿地和公共活动设施,运用整体景观的设计手法,将承天大道桥梁打造成一条贯通南北、串联城市各个重要功能的生态绿线,一条缝合城市空间的“生态绿线”,还城市以“绿水青山”的南北轴线,创造一个立体、宜人的立体城市慢行空间。承天大桥是两岸景观的延续,连接了被道路、河流切断的城市空间,这条总长达1.3公里的大桥,不仅满足了交通通行,同时也是一个立体线性公园,在这里可以登高远望,观赏秦淮风光、充满生机的城市生态公园、摩登的城市天际线 承天大桥全景图

  为实现大桥设计的美学创意和理念,经各方多轮研究、推敲,最终确定了承天大桥采用空间多索面刚性系杆拱结构,主桥为单孔157m,主拱采用钢箱拱,主梁采用正交异性板扁平钢箱梁,桥面宽度为42m。主桥为非对称拱桥,拱肋采用四边形钢箱拱,通过包封板外观形成六边形异形拱肋,拱轴线采用直线、圆曲线组成。

  该桥为异型系杆拱桥,在实际工程中具有外观新颖、造价合理的特点。主要结构特点为:下承式空间三索面;异型非对称拱轴线;无横撑内倾斜靠式拱肋;主梁采用扁平钢箱梁,剪力滞效应明显。

  其结构主要优点为:结构形式为拱-梁无推力组合体系,下承式系杆拱桥,有效降低了桥梁对地基和基础的要求;桥面系主要承受弯矩,吊杆将作用在桥面上的荷载传递到拱肋,具有非保向力作用,提高了拱结构的横向稳定性;拱肋形式多变,造型优美,充分利用了材料性能,同时极具韵律、动态之美,是当代桥梁力学与美学的高度和谐。

  midas Civil对该桥进行单梁模型和梁格法计算,通过多方面对比,保证结构强度、刚度及稳定性方面均满足结构安全需求。同时为后续我国类似复杂结构桥梁的设计、建设提供一定的借鉴。

  拱肋与钢主梁的连接是该桥设计中的另一个难点。在拱肋与钢箱梁交接处,拱肋侧板深入主梁与主梁顶底板及横隔板进行熔透焊接,同时拱肋顶底板与箱梁顶板熔透焊接,通过加劲与钢主梁实现刚性连接。

  大气环境及大气污染对金属结构易造成腐蚀,腐蚀问题是金属结构的大敌。对于钢箱梁方案,钢箱梁中钢结构在斜拉桥结构中属主要受力结构,更要高度重视防腐问题。防腐设计是延长桥梁使用寿命、节约维护费用和优化桥梁景观的重要途径。因此,该桥在耐久性设计方面,对比国内多座钢桥的涂装方案,规定详细的涂装场地要求、工艺要求、质量及检测要求,满足景观需要的前提下同时满足耐久性要求。

  该桥在抗震设计方面,具有明确的计算简图和合理的地震作用传力途径,具备必要的抗震承载力,良好的变形能力和消耗地震能量的能力。对可能出现的薄弱部位,采取措施提高抗震能力,构件构造尺寸、钢筋配置按抗震规范要求设计,采用球形抗震支座,同时设置阻止梁墩横桥向相对位移的构造,以阻止梁墩间在地震力作用下产生的相对横桥向位移。

  抗风设计中,气流绕过一般非流线型外形的桥梁结构时,会产生涡旋和流动的分离,形成复杂的空气作用力。当桥梁结构的刚度较大时,结构保持静止不动,这种空气力作用只相当于静力作用;当桥梁结构的刚度较小时,结构振动得到激发,这时空气力不仅具有静力作用,而且具有动力作用。该桥结构刚度较大,空气作用力较小。在抗风细节设计中,拱肋结构外缘采用六边形断面,能有效控制风振影响,同时吊杆采用外层PE外表面需缠绕凸出的双螺旋线,以减少风雨激振对吊杆的影响。

  第一,外秦淮河是通江河,是南京主城最重要的防汛“保护神”。每年的5月至9月,是南京主要的汛期,这个阶段不允许在河道中设置任何有碍行洪的障碍。因此,大桥的水上施工时间也只有从每年的10月份至来年的4月份这短短的7个月时间。

  在设计总体方案基本稳定的同时,参建各方即同步跟进,根据现场各种条件,进行施工方案的研究和比选,最终确定了“利用汛期完成钢箱梁陆上运输和支架上拼装工作,利用一个枯水期完成水上支架搭设、钢箱梁整体顶推就位、钢箱拱节段水上运输安装并最终成桥的总体方案”。在这个方案的指导下,设计单位积极配合,在施工图设计阶段充分考虑其对施工的影响,在确保安全、规范的前提下,不断优化设计,为施工创造了有利的条件。

  承天大道跨外秦淮河桥造型优美但结构极为复杂,拱肋采用六边形结构,拱与拱、拱与梁错综交叉,在厂内加工难度极大。针对特殊结构,必须采用特殊方法。项目选用优秀的设计团队及专业的技术人员相对接,结合工程特点和现场实际,利用BIM技术,反复研讨、比较最优拼装方案;以最优拼装方案确定制造加工方案,科学拆解总体结构,深化细化板单元的制造加工图纸。同时选用优秀的作业班组及经验丰富的现场管理人员,统筹策划、优化施工组织,实现设计与加工的无缝衔接,极大地提高施工效率,节约了建造成本。

  该桥梁跨度大(157m)、桥面宽(42m)、吨位重(7500吨)、非常规造型,且现场地形复杂,支架设计难度大,施工风险高。项目创新采用“梁拱分离法”施工工艺,在详细调查现场情况的基础上,充分考虑钢结构节段划分、吊装能力、通航要求等因素影响,突破分岸上支架、水中支架、拱肋支架等多个难点,并形成工艺工法,有效降低施工安全风险及支架设计难度。最终,成功完成157m钢箱梁整体顶推,高质量地保证了总体工期的实现。

  最后,以一次张拉为目标,准确采集现场结构各类参数,反复演算支架拆除前后的受力变化结果,科学确定张拉力及张拉次序,真正实现了一次张拉到位。经检测,梁、拱线性和索力均满足设计要求。

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