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1、矮寨大桥创新技术研究,矮寨特大桥为吉茶高速公路的控制性工程。桥位紧邻湘西德夯苗族文化风景区，自然环境优美，地形条件复杂，桥位处谷深500余米，桥面与地面高差达355m，山谷两侧悬崖距离从900m到1300m之间变化。,桥隧方案比选,悬索桥方案相对于隧道方案的优点：避开了不良地质的影响改善了公路的安全性能减小了对自然环境的破坏 增强了当地的景观提高了社会服务能力 降低了全寿命周期成本,大桥主缆的孔跨布置为：242m+1176m+116m，钢桁加劲梁全长1000.50m。主缆垂跨比F/L=1/9.6，钢桁梁全宽27m，高7.5m。全桥在桥台处设有竖向支座、水平弹性支座及横向抗风支座等限位系统。索塔
2、采用钢筋混凝土门式索塔，吉首岸塔高129m，茶洞岸塔高62m。基础采用扩大基础。主缆采用预制平行钢丝索股。吉首岸锚碇采用重力式锚碇，茶洞岸锚碇为隧道式锚碇，两岸桥台均与隧道直接相连。,技术难点：桥隧相连 塔梁分离 主梁抗风稳定 主梁安装架设 行车安全（抗冰冻研究）景观要求,1146m,钢桁架梁 957m,桥型比较方案低缆位悬索桥方案,西班牙Lascellass Bridge,美国Wheeling Bridge,美国Wheeling Bridge,降低了主缆与桥面的相对高差。,缆位降低,塔高比较,吉首塔,茶洞塔,降低了主塔的高度。,（129）m,（62）m,将吉首方向的重力式锚碇调整到合理的位置
3、。,缩短了主缆的长度。,缩短 190m,减短了主梁的长度。,提高了全桥的整体刚度和抗风稳定性。,塔梁分离式悬索桥无索区的处理,大桥选用了塔梁分离式悬索桥结构，钢桁梁长度小于主塔中心距，主缆存在无吊索区，会出现吊索卸载应力为零的情况，且钢桁梁转角位移大，钢桁梁的上、下弦应力超标，需对钢桁梁作特殊设计。设计采用的是增加竖向锚固拉索方案，设竖向锚固拉索，通过预应力岩锚将其锚固于岩石上。,碳纤维锚索张拉试验,桥位处存在溶蚀、裂隙、危岩体、卸荷带等不良地质现象，且茶洞侧塔基下方44m就是公路隧道，桥梁塔基、锚碇和公路隧道与山体形成联合受力体系。,各岩土层主要力学指标值推荐表,地质纵断面图,塔基、锚碇、公
4、路隧道与山体的联合受力问题,矮寨大桥防冰冻措施,由于矮寨大桥桥面距离沟底355米，结合吉首市冬天气温情况及附近高速公路桥面冬天结冰情况，矮寨大桥桥面冬天将极易结冰，对桥上行驶车辆的安全带来极大的负面影响。,矮寨大桥防冰冻措施,方案一：导电混凝土融雪化冰法（郑州大学、河南大学）,导电混凝土融雪化冰法是在普通混凝土中添加适当种类和含量的导电组分材料（如钢纤维、石墨、碳纤维、炭黑、钢渣等），使混凝土变成具有良好导电性能的导电体。,导电发热废钢渣沥青混凝土；桥面预制板上设置找平绝热防水粘结层；电力布线于中间带及停车道右侧；感温、感湿、感风监测探头布于中间带及停车道右侧；融雪防冰自动控制系统；电源采用太
5、阳能或风能及水电。,碳纤维导电混凝土融冰试验,矮寨大桥防冰冻措施,方案二：地源热泵法防冰（湖南大学）,在桥面沥青层下、混凝土中埋设热管，冬季当桥面温度接近0时，开启热泵系统，向埋设管道内输送热水，提升桥面温度，从而防止桥面结冰或积雪。热泵系统通过地下埋管或地下水从地下恒温层提取热量或者从隧道风中提取热量或者直接从大气提取热量。,地源热泵法融冰试验,环保措施及景观研究,环保措施新思路 尊重自然，尊重地区特性，不破坏就是最大的保护。利用太阳能、风能对大桥进行冬季除冰。利用风能、太阳能作为大桥和隧道功能照明和景观照明的能源。,景观概念设计,加劲梁的架设,1,缆载吊机吊安法,韦拉扎诺海峡大桥（跨径12
6、90米，1964，美国）,金门大桥（1280米，1937，美国）,2,缆索吊吊装法,3,桥面吊机散件悬拼法,悉尼海港大桥的桥面吊机施工,摄于1930年6月20日,1874年,美国的主跨为158米的圣路易斯铁路钢拱桥就采用悬臂拼装法施工。在墩顶设木塔架，用拉索吊住钢拱，由桥墩平衡悬臂拼装至跨中合龙。,4,整体荡移法,法国Chavanon桥施工（主跨300米）,轨索滑移法 利用大桥永久吊索在其下端安装临时吊鞍，然后在临时吊鞍上安装水平轨索，再将水平轨索张紧作为加劲梁的运梁轨道，实现由跨中往两端拼装大桥的钢桁加劲梁。,矮寨大峡谷,矮寨盘山公路,轨索滑移架设方案总体思路,卷扬吊机,轨索滑移系统构成,运
7、梁小车,钢桁梁标准节段,吊鞍,轨索,永久吊索,运梁小车总体构造,永久吊索,小车轮组,钢桁架,三角形分配梁,矩形分配梁,吊鞍总体构造,永久吊索,轨索鞍座,轨索,鞍体,整体模型试验,足尺模型试验,B36梁段牵引试验,轨索滑移法施工动画,吉首岸拼装场,茶洞岸拼装场,B36梁段待牵引状态,开始牵引,运梁小车经过吊鞍,向跨中牵引,B36梁段到达设计位置,提升钢桁梁,退出运梁小车,钢桁梁与吊索连接，完成体系转换,预应力锚垫板安装,前锚室二次衬砌浇筑,隧洞成形,隧道锚施工全景,施工图片,茶洞岸索塔施工,吉首岸索塔施工,猫道架设,主缆索股架设,最后一根主缆索股架设,首根主缆架设,首根主缆架设仪式,主缆架设完成
8、,钢桁梁架设仪式,目前已经完成5个梁段的架设，系统状况良好,附：岳阳洞庭湖第二大桥,京港澳线,一纵,四纵,建新农场,三纵：岳临线,大界,杭瑞国家高速公路,本项目,常吉高速,吉凤高速,岳常高速,凤大高速,项目背景,临岳高速是杭瑞高速湖南段最后一个尚未开工的项目，也是我省最后一个尚未开工的高速公路出省通道。,区域卫星影像图,岳阳洞庭湖二桥是临岳高速的控制性工程。,2010年4月27日，湖南省交通运输厅主持召开了“杭瑞国家高速公路岳阳洞庭湖二桥桥梁方案专家咨询论证会”。咨询意见认为：“针对推荐的工可A线桥位，设计院提出了两种桥型共五个方案，即主跨1000m、1300m两个斜拉桥方案和主跨1600m、
9、1800m、2008m三个悬索桥方案进行了比选主跨1800m左右的悬索桥方案对行洪、通航、城市规划、可持续发展以及堤防安全、河道疏浚等较为有利，可作为工可阶段投资估算控制的依据。”2010年5月20日，长江水利委员会以长许可201076号行政许可批复了本项目A线1800m单跨悬索桥方案。,洞庭湖蓄纳四水、吞吐长江。桥址位于南津渡至城陵矶7公里的洪道范围，是洞庭湖进入长江的唯一通道，也是抗洪防汛的关键区域。主河槽常水位宽约1.6km，是洞庭湖行洪的主要通道。君山岸为滩地，洪水期水流漫滩与长江来水连成一片，水面宽约4km。为减少对行洪的影响，长江水利委员会和湖南省水利厅要求主河槽区域不能设置桥墩，
10、滩地应尽量采用较大跨径的桥型方案。,滩地,水文,桥址位于湖南内河入长江的必经之路，水运繁忙，码头林立，船只繁多，常年停泊船只达300余艘。,通航,覆盖层东岸为硬塑状黏土厚约14.0m，西岸为砂土厚约35m。两岸基岩均为元古界冷家溪群砂质板岩，局部夹薄层状泥质板岩，中风化岩体较完整，岩质坚硬，是大跨径桥梁较理想的基础持力层。,工程地质,（1）设计风速：27.2m/s；桥面设计风速39.2m/s。（2）行 洪：行洪敏感区，主河槽不能布设桥墩，滩地跨径宜大。（3）水利工程：受湖控工程的影响，滩地区需预留船闸建设的空间。（4）通 航：通航要求高，码头附近及通航水域不应布设桥墩；锚地利用率高，资源有限，
11、锚地区不宜布设桥墩。（5）工程地质：下伏基岩为砂质板岩，中风化岩体较完整，岩质坚硬，是大跨径桥梁较理想的基础持力层。,主要控制因素,1800m跨斜拉悬吊协作体系,君山岸主桥副孔,岳阳岸主桥副孔,K线,U线,建设规模,技术标准,针对主桥推荐的1800m桥跨方案，结合目前经济、技术条件，梁桥与拱桥已不适用。,主桥主孔桥型构思,世界最大跨径梁桥主跨330m的重庆石板坡长江大桥复线桥,世界最大跨径拱桥主跨552m的重庆朝天门长江大桥,超大跨度桥梁必须以缆索承重体系为依托，已成为桥梁结构工程师的共识，缆索承重体系主要包括斜拉桥、悬索桥及斜拉-悬吊协作体系等。目前已建成的最大跨径斜拉桥为主跨1088m的苏
12、通大桥，按照目前的材料和桥梁建设水平，修建主跨1800m的斜拉桥仍需要做大量的研究论证工作，因此，暂不考虑斜拉桥方案。,世界最大跨径斜拉桥主跨1088m的苏通大桥,国外最大跨径斜拉桥主跨890m的日本多多罗大桥,主桥主孔桥型构思,目前，国内外已建成的悬索桥主跨跨度分别达到1650 m（舟山西堠门大桥）和1991 m（日本明石海峡大桥），在建的意大利墨西拿海峡大桥主跨已达3300 m。建造主跨1800 m的悬索桥已不存在大的技术难题。悬索桥加劲梁一般采用钢箱梁或者钢桁梁，欧洲一般倾向于扁平钢箱形式，而美国和日本则更偏向于钢桁梁；我国已建桥梁中大多数采用了扁平钢箱。钢桁梁与钢箱梁各有优缺点，还需进
13、一步深入比较。,主跨3300m的墨西拿海峡大桥,国外最大跨径悬索桥主跨1991m的日本明石海峡大桥,主桥主孔桥型构思,随着跨径的不断增长，抗风稳定性成为了超大跨径悬索桥设计的控制性难题，斜拉一悬吊协作体系吸收了斜拉桥和悬索桥的优点，抗风能力较强，在超大跨度桥梁中具有较强的竞争力，在世界各地提出很多设计方案。,主桥主孔桥型构思,本项目将对1800m斜拉-悬索桥协作体系、1800m钢箱梁悬索桥及1800m钢桁梁悬索桥三个桥型方案进行同深度比选。,方案二：1800m钢箱梁悬索桥,方案三：1800m钢桁梁悬索桥,方案一：1800m斜拉-悬索桥协作体系,主桥主孔桥型构思,方案三 现代复古风格造型,方案一
14、 现代简约造型风格（推荐方案）,方案四 仿古风格造型,斜拉-悬吊协作体系,方案二排笛式主塔方案（湖南大学）,大桥造型,斜拉-悬吊协作体系效果图（推荐方案）,斜拉-悬吊协作体系效果图（排笛式主塔方案）,方案二 现代复古风格造型,方案三 现代简约造型风格,方案四 后现代建筑造型风格,大桥造型,方案一 简约造型风格（推荐方案）,钢箱梁悬索桥方案,简约造型风格,钢桁梁悬索桥方案,大桥造型,1800m协作体系方案,双塔斜拉悬吊协作体系;（5060606080）+1800（8060606050）m;边跨长360m，边中跨比0.2；斜拉部分边跨长310m，斜拉索边跨索距12m，中跨索距16m；矢跨比1/10
15、，吊跨比0.57。,桥型布置,地连墙由外径为70m的两个圆顺桥向交叠形成，圆心距离为37.0m。地连墙壁厚1.5m。锚体采用三角形框架结构。岳阳侧锚碇混凝土18.2万m3，君山侧锚碇混凝土24.7万m3。,锚碇,“”形地连墙（推荐方案）,钢混结合段位置比选,主梁,钢混结合段位置比选,主梁,部分大跨径组合梁桥钢-混结合段位置表,钢混结合段位置比选,双塔单跨钢箱梁悬索桥;460+1800460m;边跨长460m，边中跨比0.256；1/10矢跨比。,1800m钢箱梁方案,桥跨布置,材料采用Q345D钢材。主梁标准节段长16m，每隔3.2m设一道板式横隔板。,1800m钢箱梁方案,双塔单跨钢桁梁悬索
16、桥；跨径为460+1800460m；边跨长460m，边中跨比0.256。,桥型布置,1800m钢桁梁方案,主桁架为带竖腹杆的华伦式结构，标准桁高12.8m，标准节间长13.6m，主缆中心间距34.9m。加劲梁采用桁架梁与非结合型正交异性钢桥面板组合的结构形式。,钢箱梁标准横断面（推荐4.5m）,钢桁梁,1800m钢桁梁方案,专题研究,目前开展的专题研究,主要研究内容,设计风速、颤振检验风速及静风稳定性检验风速确定；成桥状态结构动力特性分析；成桥状态主梁断面三分力系数测定及典型索塔断面阻力系数 CFD计算；成桥状态颤振稳定性检验及气动改良措施优化；成桥状态涡激振动性能检验；成桥状态主梁断面颤振导
17、数测定；静风稳定性分析。,抗风研究,桥址处按照A类地貌的桥面高度处的设计风速为:,颤振检验风速确定,岳阳市标准高度10m、平均时距10min、重现期100年的基本风速为27.2m/s。,按照规范计算颤振检验风速为:,抗风研究,成桥状态颤振临界风速,在未采取任何抗风措施的情况下，斜拉-悬吊协作体系方案的颤振临界风速最大，钢箱梁次之，钢桁梁的最小。采取抗风措施后，三个方案的颤振临界风速均可以满足要求。,抗风研究,涡激共振响应测试结果,钢箱梁悬索桥方案抗涡振性能相对较差，但振幅较小，满足规范的要求。在试验过程中，斜拉-悬吊协作体系方案和钢桁梁悬索桥方案均未出现明显的涡振现象。,抗风研究,直接编索法可
18、行性研究,研究目的,岳阳洞庭湖二桥其主缆架设质量要求高，工期要求紧、施工难度大，结合其主缆设计，提出了直接编索法，该工法结合AS法与PPWS法的优点，在达到精度要求的前提下，将提高工作效率，节约经济成本。,主要研究成果,根据直接编索法的工艺特点，制定了详细可行的索股制作工艺流程和直接编索法工艺设备分布。直接编索法结合AS法与PPWS法的优点，具有较强的可操作性与经济性，下一阶段将进一步研究，并与PPWS法进行比选。,直接编索法可行性研究,直接编索法制作工艺流程图,直接编索法工艺设备分布简图,方案比选,在桥梁运营活载下，斜拉-悬吊协作体系方案的位移比其余两个方案小得多，其静力刚度有明显优势。钢箱
19、梁方案与钢桁梁方案相比，钢箱梁方案的横向位移要小得多。通过动力特性分析比较，协作体系的刚度比钢箱梁悬索桥高，钢箱梁与钢桁梁方案动力特性差别不太。,注：括号内数据均为括号外数据与第一列数据的比值。,斜拉-悬吊协作体系方案的颤振临界风速最大，抗风性能最佳；各个桥型方案由于桥梁跨径较大，结构抗震能力均较强。,方案比选,从经济技术角度，钢箱梁方案最优，钢桁梁次之，协作体系造价稍高。,方案比选,综上所述，1800m斜拉-悬吊协作体系方案结构刚度较大，颤振临界风速较高，纵向刚度大，伸缩缝位移量小；工作面多，施工工期相对较短，且结构新颖，造型美观，结合2010年8月7日的岳阳洞庭湖二桥专题研讨会专家意见，岳阳洞庭湖二桥主桥推荐采用1800m斜拉-悬吊协作体系方案。,方案比选,
