濟(jì)祁高速三覺互通連接線新橋大橋

　　一、工程概況

　　濟(jì)祁高速三覺互通連接線工程位于淮南市壽縣，西接濟(jì)祁高速三覺互通，橫穿新橋國際產(chǎn)業(yè)園，東連新橋大道，是新橋國際產(chǎn)業(yè)園及沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)交通出行的重要載體，項目路線全長11.8公里，采用雙向六車道一級公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，總投資約9.8億，其中特大橋——新橋大橋，為本項目節(jié)點工程。項目2017年底完成前期設(shè)計工作，2018年初開工建設(shè)，2019年底交工驗收，目前運營狀態(tài)良好。

　　項目總體平面布置圖

　　新橋大橋全長726米，橋跨布置為：10×30 m（預(yù)制箱梁）+150m（斜跨拱橋面系跨徑）+9×30m（預(yù)制箱梁），主橋一跨越規(guī)劃江淮運河河道，主橋為斜跨鋼箱拱橋，主梁橋面系跨徑為150m，鋼箱拱跨徑170m，拱肋矢跨比為1/2.618（0.3819）。拱肋斷面采用鋼箱斷面，斷面尺寸為7m×3.8m；主梁由邊縱梁及正交異性鋼橋面板組成。橫梁中心高3.3m，邊縱梁高2.935m。

　　主橋立面布置圖

　　主橋橫斷面布置：0.5m（護(hù)欄）+5.5m（混行輔道）+4.1m（吊索區(qū)）+14.5m（機(jī)動車道）+0.5m（護(hù)欄）+14.5m（機(jī)動車道）+4.1m（吊索區(qū)）+5.5m（混行輔道）+0.5m（護(hù)欄），全寬49.7m。

　　主橋標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖

　　本橋主拱圈采用豎轉(zhuǎn)法施工，主梁采用支架安裝施工方案。

　　二、項目特點

　　設(shè)計采用斜跨拱方案，充分考慮地形、地貌、地質(zhì)等特點。本項目路線與規(guī)劃引江濟(jì)淮航道斜交角度較大（18.69°），若采用傳統(tǒng)拱橋或斜拉橋方案，無論是拱圈，或是主塔拉索，從行船或大堤行人視角，均會存在一定程度上的視覺錯亂，景觀效果較差。本項目作為新橋國際產(chǎn)業(yè)園區(qū)域標(biāo)志性建筑，也是一條門戶道路，采用門式的正拱效果更符合項目定位和當(dāng)?shù)鼐用竦膶徝烙^。本項目方案在公示期間也得到了地方政府主管部門、建設(shè)單位及附近居民的一致好評。

　　新橋大橋效果圖

　　基于本項目總體設(shè)計的特點，在調(diào)研國內(nèi)外同類橋型的優(yōu)缺點基礎(chǔ)上，在局部構(gòu)造設(shè)計中，進(jìn)一步作出創(chuàng)新，包括斜拉式主拱理論拱軸線設(shè)計方法、錨拉板式吊桿錨固方法、基于M法的樁拱梁協(xié)同受力分析、基于BIM技術(shù)的三維正向設(shè)計、主拱圈分段式轉(zhuǎn)體施工工藝。

　　三、項目創(chuàng)新點

　　本項目設(shè)計中進(jìn)行了多方位的創(chuàng)新設(shè)計，重點包括五大創(chuàng)新點：基于視角分析的斜橋正做總體景觀設(shè)計、斜拉式主拱理論拱軸線設(shè)計方法、錨拉板式吊桿錨固方法、基于M法的樁拱梁協(xié)同受力分析、基于BIM技術(shù)的三維正向設(shè)計、主拱圈分段式轉(zhuǎn)體施工工藝。

• 基于視角分析的斜橋正做總體景觀設(shè)計

　　本橋在方案設(shè)計階段進(jìn)行了多輪匯報，基本確定采用拱橋方案，通過拱形結(jié)構(gòu)形成“門”式造型，以滿足本項目作為區(qū)域門戶的理念。但由于路線與規(guī)劃航道斜交角度過大，經(jīng)分析，本橋的主要景觀視角為航道行船視角和堤頂行人行車視角，在視角分析的基礎(chǔ)上，將拱圈做成斜跨拱，這樣就將一座斜橋做成了正橋的效果，從主要視角上來看，主拱效果端正，契合區(qū)域發(fā)展理念。

　　主橋平面布置圖

• 斜拉式主拱理論拱軸線設(shè)計方法

　　鑒于本橋采用斜跨拱方案，部分吊桿傾斜角度較大，由于行車道凈空范圍的影響，吊桿基本都錨固在拱頂范圍，且吊桿力差別較大，拱圈受力規(guī)律與傳統(tǒng)拱橋大為不同，受力特性介于拱塔斜拉橋與傳統(tǒng)拱橋之間，不能單純采用傳統(tǒng)拱軸線計算方法。本橋在確定拱軸線方程時，以傳統(tǒng)拱軸線設(shè)計理論為基礎(chǔ)，綜合考慮了斜拉橋合理成橋索力及倒拆正裝理論，成功推導(dǎo)出本橋合理拱軸線，優(yōu)化了拱圈尺寸，最大幅度的節(jié)約了工程造價。經(jīng)計算，本橋合理矢高為64.93m，矢跨比為1/2.618，理論拱軸線方程為：

　　y=-1.11498e-10x6-2.47683e-8x5-2.24469e-6x4-1.7334e-4x3-0.017065x2-0.014578x+64.93

　　吊桿布置示意圖

• 錨拉板式吊桿錨固方法

　　本橋的吊桿在順橋向和橫橋向均有不同的傾斜角度，且每根吊桿傾角均不相同，采用傳統(tǒng)吊桿錨固方式，鑒于鋼縱梁內(nèi)空間較小，錨固及張拉難度較大，且后期不便于吊桿錨頭的檢修更換，存在一定的管養(yǎng)風(fēng)險。考慮到本橋的吊桿受力特性更為接近斜拉橋，因此借鑒了鋼箱梁斜拉橋拉索錨固方式，將錨拉板構(gòu)造移植到斜跨拱橋中，既滿足結(jié)構(gòu)受力需求，同時吊桿張拉空間得到保證，后期檢修及吊桿更換也較為方便。

　　吊桿張拉端錨拉板式錨固方案

• 基于M法的樁拱梁協(xié)同受力分析

　　本橋采用斜跨拱橋方案，無法采用常規(guī)的無推力系桿拱橋方案，因此設(shè)計采用了拱座結(jié)構(gòu)平衡拱圈推力。但本橋地質(zhì)條件較為一般，不能將拱座至于基巖上，設(shè)計需要考慮拱圈基礎(chǔ)受力。本橋設(shè)計中，采用樁基礎(chǔ)與拱圈、主梁整體建模的方式，基于M法合理推導(dǎo)樁基與土體之間的土彈簧剛度，合理考慮樁基與拱圈、主梁協(xié)同受力，準(zhǔn)確模擬了本橋的全橋剛度。

　　樁拱一體化受力分析模型及基礎(chǔ)水平變位計算結(jié)果

• 基于BIM技術(shù)的三維正向設(shè)計

　　本橋設(shè)計中，對BIM技術(shù)的應(yīng)用是由設(shè)計需求決定的。本橋吊桿布置空間角度復(fù)雜，導(dǎo)致拱上及梁上錨固構(gòu)造較為復(fù)雜，傳統(tǒng)的二維平面設(shè)計難以滿足后期施工需要。因此本橋設(shè)計中，應(yīng)用BIM設(shè)計方法，針對復(fù)雜的局部構(gòu)造，采用了三維正向設(shè)計，設(shè)計成果一方面通過投影方法在圖紙中得以展現(xiàn)，同時將BIM設(shè)計成果通過合適的方法移交施工及鋼結(jié)構(gòu)加工單位，確保了局部構(gòu)造施工安裝的準(zhǔn)確性。

　　局部構(gòu)件的BIM設(shè)計展示

• 主拱圈分段式豎向轉(zhuǎn)體施工工藝

　　主橋拱肋相對地面整體較高，且橋面系與拱肋斜交，搭設(shè)支架存在較大的安全隱患。因此，結(jié)合本橋結(jié)合現(xiàn)場條件，采取三段式安裝方案，現(xiàn)場搭設(shè)桅桿門架，兩側(cè)節(jié)段采用豎向轉(zhuǎn)體施工方案，中間節(jié)段采用門架整體提升方案，大幅度提升了拱圈安裝的工業(yè)化水平，降低了施工風(fēng)險，提高拱圈結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

　　豎向轉(zhuǎn)體施工設(shè)備及拱腳旋轉(zhuǎn)臨時鉸

　　四、項目建設(shè)意義及推廣價值

　　本項目建成后，是安徽省境內(nèi)目前跨徑最大橋面最寬的斜跨拱橋，同時也是安徽省近年來最為重要的引江濟(jì)淮工程中首座建成通車的橋梁，為引江濟(jì)淮工程的順利推進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。

　　安徽境內(nèi)通航河流較多，由于路網(wǎng)規(guī)劃等方面的限制，大多數(shù)大跨徑橋梁無法滿足小角度或正交方式跨越河流，本橋的成功經(jīng)驗，一方面規(guī)避了斜橋正做需要大規(guī)模增大橋梁跨徑規(guī)模的問題，同時這一橋型景觀效果較好，適合城市景觀提升需求。

　　同時，基于本項目的多項研究成果，如錨拉板式吊桿錨固方法、基于M法的樁拱梁協(xié)同受力分析、基于BIM技術(shù)的三維正向設(shè)計等技術(shù)可廣泛應(yīng)用于同類拱橋設(shè)計中，大幅度提升同類橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計水平和結(jié)構(gòu)耐久性。

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