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杭州市江东大桥及接线工程通航孔空间缆索自锚式悬索桥设计二〇〇八年一月汇报提纲一、工程概况二、建设条件三、设计规范与技术标准四、总体设计五、主梁设计六、主塔与基础设计七、缆索系统设计八、附属工程九、结构分析十、施工工艺十一、施工技术规范十二、科学研究一、工程概况1.地理位置江东大桥位于杭州经济技术开发区和萧山江东工业园区之间，为杭州德胜快速通道的重要组成部分，西起经济技术开发区高教2号路与11号路交叉口，东至萧山江东滨江2号路东侧。一、工程概况自锚式悬索桥自锚式悬索桥连续刚构桥连续梁桥连续梁桥江东大桥由两座通航孔空间缆索自锚式悬索桥（西侧、东侧）、辅通航孔连续刚构桥、非通航孔连续梁桥、陆上段引桥组成，连接沪杭高速公路、正在建设的杭州至上海浦东高速公路、规划中的杭州绍兴宁波高速公路复线。该大桥按照城市快速路标准设计，全长4332米，其中桥梁长度3520米，双向八车道的桥面设计时速达到80公里。大桥建成后，杭州主城与江东工业功能区之间将形成快捷的沟通渠道，并完善城市东部的高速公路网络。工程预计在2008年竣工。1.地理位置一、工程概况2.工作过程预可研究（2003.05～2003.10）方案竞赛（2003.11～2004.01）工可研究（2004.02～2005.05）初步设计（2005.06～2005.12）技术设计（2006.01～2006.04）施工图设计（2006.04～2006.12）方案竞赛钱江三桥独塔单索面斜拉桥、连续梁桥组合体系,跨径布置:80+168+168+80m,桥宽:30.06m钱江四桥双层双主拱的钢管混凝土组合系杆拱桥,跨径布置:2×85+190+5×85+190+2×85米,桥宽:32m钱江二桥预应力混凝土连续梁公铁两用桥，铁路桥全长2861.4米，公路桥全长1792.8米。钱江六桥五跨预应力混凝土刚构一连续组合梁体系,跨径布置:127＋3X232＋127米,桥宽:34.5m钱江一桥我国自行设计建造的第一座公铁两用的现代化桥梁。桥长1453m，正桥十六孔钢桁架桥。方案竞赛其中钱江六桥、钱江二桥、钱江五桥为混凝土梁式桥结构；钱江三桥为独塔单索面斜拉桥；钱江四桥为拱梁组合桥；钱江一桥为双层桁架桥。离本桥位置最近的钱江六桥，其结构形式是梁式桥，若本桥主通航孔也采用梁式桥，那就与钱塘江上既有桥梁雷同。当时在建的钱江四桥，是一座拱梁组合桥，造型优美，风格独特，若本桥再选用拱桥，又会给人有风格相似感。根据上述分析，主跨方案构思初步确定为自锚式悬索桥和无背索斜拉桥。钱塘江上还没有悬索桥，悬索桥纤柔轻巧，优雅舒展，其经典的桥型可以园杭州市民钱江悬索之梦；而对于220～230m主通航孔选用斜拉桥技术经济较为合理，若采用无背索斜拉桥，则可以避免与钱江三桥桥型重复。方案竞赛1.方案A(一等奖)方案竞赛1.方案A(一等奖)景观设计的主题：“钱江帆影”。南宋诗人陆游在观潮送友人江上所作的诗句中－“江平无风面如镜，日午楼船帆影正”描绘了风光日丽钱塘江江潮来临之前恬静的氛围。而我们在桥梁景观的设计中追求的正是这样一种钱塘江西子文化的优雅境界。本方案的设计采用独柱自锚系列组合成全桥的形体，由独塔引伸出两条曲线的主缆形成江上孤舟的船形，宛如钱塘江上一叶小舟。主缆与吊索的组合更加增强了这一形态的特征。而独柱式的主塔形似江面上的根根立起帆杆，表达出“钱江帆影”的佳境，给人以恬静、轻松的感觉。自锚式悬索桥与地锚式悬索桥不同的是，它的主缆直接锚固在加劲梁的两端，由加劲梁直接承受主缆的水平拉力和主缆锚固点的竖向力，在加劲梁的水平方向形成自平衡体系。与地锚式悬索桥相比，自锚式悬索桥有以下几方面的优点：不需要修建大体积的锚碇，所以适用于地质条件较差及不宜修建锚碇的城市地区；受地形限制较小，可结合地形灵活布置。保留了传统悬索桥的外形，以满足人们对桥梁美观性的追求。在150~300m跨径范围，自锚式悬索桥的造价可与同等跨径的预应力混凝土桥、斜拉桥和拱桥等比较。目前，在国内外已有多座自锚式悬索桥建成。国外已建成的日本此花大桥和韩国永宗大桥两座自锚式悬索桥跨径均已达到300m，我国已建成的广东佛山平胜大桥跨径也达到350米。桥名国家建成年份跨径(m)矢跨比加劲梁梁宽(m)缆型此花大桥（北港桥）日本1990120+300+1201:6钢箱梁26.5平行索面永宗大桥韩国1999125+300+1251:5桁架35空间索面奥克兰海湾新桥美国在建385+180钢箱74空间索面苏州竹园大桥中国200333+90+331/8叠合梁37.5平行索面抚顺万新大桥中国200415+70+160+70+151:6钢筋砼箱梁41平行索面广东佛山平胜大桥中国2006108+3501/12.5钢箱梁2x26平行索面长沙三叉矶大桥中国200670+132+328+132+701/5钢箱梁35平行索面杭州江东大桥中国在建83+260+831/4.5钢箱梁47空间索面宁波庆丰大桥中国在建34.85+36+38+280+38+36+34.851/6钢箱梁41平行索面广州猎德大桥中国在建47+167+219+471/13钢箱梁36空间索面天津富民桥中国在建86.4+157.081钢箱梁38.6空间索面方案竞赛1.方案B(一等奖)方案竞赛1.方案B(一等奖)景观设计的主题：“钱塘飞雁”。元代诗人王冕在为著名画家赵千里的《夜潮图》上题写的诗句－“叫霜鸿雁零乱飞，正是今年画中见”中描绘了钱塘江鸿雁纷飞的景色，而我们的设计正是追求这样一种钱塘江上独有的境界。选用现代手法，采用斜塔体系斜拉桥设计展示出“钱塘飞雁”主题的景观再现。本方案的造型如飞雁般的优美，中桥塔采用双组合桥柱造型，形似伸展双翅飞翔的大雁，舒展大方。两侧无背索桥塔仿似振翅飞向两岸的鸿雁，其景象仿佛众雁齐飞，其气势又好比钱江涌潮，成为钱塘江上永驻的动感标志建筑。3.工程规模通航孔自锚式悬索桥（西侧、东侧）辅通航孔连续刚构桥非通航孔连续梁桥陆上段引桥江东大桥总体布置图总体布置技术标准城市快速路，设计车速80km/h双向八车道，两侧各设2m人行道桥梁荷载标准：城—A级一、工程概况自锚式悬索桥自锚式悬索桥连续刚构桥连续梁桥连续梁桥在建设条件、设计和施工方面具有以下特点5.技术特点桥位属钱塘江强潮河段，河床“洪冲潮淤”，冲淤变化剧烈；独柱式主塔高度近100m，其抗风、抗震和稳定性必须引起足够重视；分离式钢箱主梁不仅需要承受巨大的轴力，而且空间效应明显；空间缆索系统；施工顺序先梁后缆；缆索系统施工需要经过体系转换和空间转换过程。一、工程概况设计主要在以下方面开展工作6.主要工作内容调查研究：国内、国外，设计、施工、加工等；总体布置优化调整；总体施工方法研究：顶推法、斜拉法；结构分析：总体分析、局部分析、施工验算；结构设计：主梁、主塔、基础、缆索系统；关键节点设计：主缆锚固、主鞍座、吊索；施工工艺研究；体系转换和施工控制；施工技术规范编制；科学研究。一、工程概况二、建设条件1.水文特征及河床演变钱塘江河口形势图1.水文特征及河床演变桥位断面历史包络线图二、建设条件2.河势分析各桥墩百年一遇局部冲刷高程桥墩类型桥墩编号冲刷高程(m)桥墩类型桥墩编号冲刷高程(m)悬索桥主墩Pm21-22.780m连续粱桥墩Pm11-15.5Pm22-24.2Pm12-15.5Pm27-26.6Pm13-14.2Pm28-25.9Pm14-14.1悬索桥边墩Pm20-11.9Pm15-13.9Pm23-14.3Pm16-13.7Pm26-15.5Pm17-13.7Pm29-15.6Pm18-13.6160m连续刚构桥墩Pm24-21.2Pm19-13.7Pm25-21.4Pm30-16.0二、建设条件气温属亚热带季风性湿润气候，常年平均气温15.3～17℃，最冷月平均气温3～5℃，极端最低气温-15℃；最热月平均气温为27.4～28.9℃，极端最高气温38～43℃。风环境7～8月受台风影响，台风每年2～3次，历年实测最大风速28m/s，风向ESE。3.气象二、建设条件4.工程地质层序土层名称钻孔灌注桩岩石单轴极限抗压强度RaΤiKPa[σ0]KPaqpkKPa平均MPa标准值MPa②1砂质粉土1595②2粉砂25100③砂质粉土夹粘土20110⑥粘土50200⑧1粘土40130⑧2砂质粉土50165800⑧3粉质粘土40180⑨1粉质粘土60240950⑨2粉砂552001000⑨3粉质粘土652401100⑿1全风化砂砾岩、泥质粉砂岩652401300⑿2强风化砂砾岩、泥质粉砂岩904502000⑿3中风化砂砾岩、泥质粉砂岩1208001.861.70⑿4微风化砂砾岩、泥质粉砂岩2.682.27桩基设计参数二、建设条件5.地震反应谱曲线基本烈度6度，设防烈度7度，动峰值加速度0.05g，场地类别Ⅲ类。二、建设条件00.511.522.533.54012345周期（s）地震影响系数（m/s/s)100年10％100年3％100年10%-1-0.500.511.50510152025时间(s)加速度(m/s/s)5.地震100年10％时程曲线二、建设条件100年3%-1.5-1-0.500.511.505101520253035时间(s)加速度(m/s/s)100年3％时程曲线三、设计规范与技术标准《城市桥梁设计准则》（CJJ11-93）《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ77-98）《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-85）《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/TD60-01-2004）《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）《通航海轮桥梁通航标准》（JTJ311-97）《桥梁用结构钢》（GB/T714-2000）《低合金高强度结构钢》（GB/T1591-94）《碳素结构钢》（GB/T700－88）《一般工程用铸造碳钢件》（GB11352-89）1.设计规范《焊接结构用碳素钢铸件》（GB/T7659-1987）《大型低合金钢铸件》（JB/T6402-92）《结构用无缝钢管》（GB/T8162－1999）《桥梁缆索用热镀锌钢丝》（GB/T17101-1997）《公路悬索桥吊索》（JT/T449-2001）《公路悬索桥设计规范》（报批稿）《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2－99）《铁路钢桥制造规范》（TB10212-98）《桥梁焊接规范》(美国)（ANSI/AASHTO/AWSD1.5-96）《钢结构焊接规范》(美国)（ANSI/AWS(D1.1-2000)《BS5400：钢桥、混凝土桥及结合桥》（英国标准学会）《道路桥示方书.同解说》（日本道路协会）《钢床版设计要领.同解说》（日本本四联络桥公团）《上部构造设计基准.同解说》（日本本四联络桥公团）《公路桥梁设计规范》（AASHTO，1994）《道路和人行钢桥设计与施工标准》（DIN18809）1.设计规范三、设计规范与技术标准道路等级城市快速路，双向八车道、两侧各设2m人行道。设计车速V=80km/h桥梁荷载标准汽车荷载：城A级（加载长度≤150m）、公路Ⅰ级（加载长度150m）；人群荷载：按《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ77-98）取用。净空界限车行道净高≥5m；人行道净高≥2.5m。通航标准通航净高24米，通航净宽为单孔双向通航220米；设计通航水位取20年一遇7.64m，设计最低水位0.4米。2.技术标准三、设计规范与技术标准三、设计规范与技术标准风荷载运营风速：桥面有车最大设计风速V＝25m/s；极限风速：桥面无车100年一遇10m高度处设计