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重庆朝天门长江大桥

2015-02-26　

 　　1. 概况

 　　重庆朝天门长江大桥地处重庆市主城区中央商务区，位于嘉陵江与长江交汇口（朝天门）下游约2.4km的长江王家沱河段，在重庆主城区向外辐射的东西向快速干道上。

 　　大桥桥位所处江面河床宽570m，水深18m，洪水时最大表面流速为4.07m/s，设计流量为88700m³/s。桥位区基岩主要为砂岩、泥岩、泥质砂岩、砂质泥岩，覆盖层厚度较小。桥位区多年平均气温18.3℃，年平均降水量1082.6mm。

 　　重庆朝天门长江大桥主桥为主跨552m的公轨两用的特大型拱桥。大桥全长1.741km（图1）。大桥为双层桥面，上层桥面为双向六车道，下层桥面为2个预留车道和2条双向轨道交通。汽车设计速度60 km/h；桥位区20m高处百年一遇10min平均最大风速26.7m/s；船舶撞击荷载：顺桥向为1100k N，横桥向1400kN；地震基本烈度为6度，结构物按7度设防；通航净高18m，通航净宽不小于242.1m。
 　　图2  桥型布置图

 　　朝天门长江大桥主桥采用190m+552m+190m三跨连续钢桁系杆拱桥（见图2），主桥全宽36.5m，桁宽29m，两侧边跨为变高度桁梁，中跨为钢桁系杆拱。拱顶至中间支点高度为142m，拱肋下弦线形采用二次抛物线，其矢高为128m，矢跨比1/4.3125；拱肋上弦部分线形也采用二次抛物线，并与边跨上弦之间采用R＝700m的圆曲线进行过渡。主桁采用变高度的“N”形桁式，拱肋桁架跨中桁高为14m，中间支点处桁高73.13m（其中拱肋加劲弦高40.65m），边支点处桁高为11.83m。全桥采用变节间布置，共有12m、14m、16m等三种节间形式，边跨节间布置为8×12m＋14m＋5×16m，中跨节间布置为5×16m＋2×14m＋28×12m＋2×14m＋5×16m。

 　　主桥支承体系布置：纵向支承体系布置为江北侧中支点（P7墩）设置固定铰支座，其余各墩均设置活动铰支座。横向支承体系布置为中支点均设置固定支座，边支点设置横向活动支座，边支点下横梁中心设置两个横向限位支座。

 　　1）基础

 　　P7、P8主墩基础为分离式群桩基础，两承台对称桥轴线均为25×19.4m长方形厚6m的钢筋混凝土结构，每一承台基桩为3排12根桩径为2.5m群桩，每一墩共24根，见图3。
 　　2）墩身

 　　P7、P8墩均为大桥主墩，墩高分别为36m及26.6m，墩顶均设14500t的球型支座。整个桥墩墩身横桥向总宽47.4m，由两座分离式钢筋混凝土薄壁墩组成，为增强两桥墩横向联系，两薄壁墩间设一厚4.0m的横梁。每座分离式桥墩均为20.5m（顺桥向）×15.4m（横桥向）长方形单箱六室（6.2m×5.5m），墩壁厚1.0m。墩顶部设有高4.0m的实体段，见图4。
 　　3）主桁杆件截面（见图5）

 　　主桁弦杆为焊接箱形截面，截面宽度有1200mm和1600mm两种，截面高1240～1840mm，板厚24～50mm。杆件按照四面拼接设计，拼接处杆件高度、宽度均相同，不同宽度和高度杆件之间采用变宽（高）度设计，对于同一杆件，宽度和高度不同时变化。

 　　腹杆采用箱形、“H”形及“王”形截面，箱形截面高1240～1440mm，板厚24～50mm；“H”、“王”形截面高700～1100mm，板厚16～50mm，杆件端部按照两面拼接设计。

 　　中跨布置有上下两层系杆，其中心间距为11.83m。下系杆与加劲腿部中弦及边跨下弦贯通。上层系杆采用焊接“H”形截面，截面高1500mm，宽1200mm，板厚50mm。下层系杆采用焊接“王”形截面，高1700mm，宽1600mm，板厚50mm，系杆端部与拱肋下弦节点相连接，下层辅助系索锚固于节点端部。

 　　主桁杆件所采用的最大板件厚度50mm，最大长度44m，最大安装吊重80t。
 　　4）主桁节点

 　　主桁节点除中间支承节点（E15）（见图6）采用整体节点外，其余均采用拼装式节点。节点板最大厚度80mm（E15节点），最大规格为5570×7620mm（E18节点）。
 　　5）桥面系

 　　上、下层桥面采用正交异性钢桥面板，桥面板厚16mm，采用“U“形闭口肋，沿纵桥向设置横隔板，其间距不大于3m，在主桁节点处设置一道横梁。上层桥面沿横桥向布置6道纵梁。下层桥面每侧布置2道纵梁，中间采用纵、横梁体系，其横梁与两侧钢桥面板横梁共为一体，共设置两组轻轨纵梁，其中心间距为4.2m，每组轻轨纵梁由两片纵梁组成，两片纵梁通过平联和横联连为一体，纵梁端部通过鱼形板和连接角钢与横梁连接，轻轨纵梁上设置木质桥枕和60kg/m钢轨，作为城市轻轨交通走行轨道。上层桥面在主桁节点外侧设置人行道托架，上置“∏”形正交异性钢人行道板。（见图7）
 　　6）平纵联

 　　下层桥面平纵联为交叉型设置，杆件采用焊接工形构件，横梁作为下平联撑杆。拱肋上、下弦平纵联采用菱形桁式，加劲弦平纵联采用“K”形桁式。由于相邻节间存在一定的夹角，平联节点板采用弯折方式进行过渡。

 　　7）横联与桥门架

 　　主桁拱肋每两个节间设置一副桁架式横联，位于拱肋上下平纵联“m”字形形心处；加劲腿区段每个节间均设置一副桁架式横联。中间支点处设桁架式桥门架，边支点A1～E1和E18～E19等处均设板式桥门架，E19～E20处设置桁架式桥门架。

 　　8）高强度螺栓连接

 　　主桁构件采用M30高强度螺栓，φ33栓孔，设计有效预拉力为360kN；桥面系、联结系采用M24、M22高强度螺栓，分别为φ26、φ24栓孔，设计有效预拉力240kN、200kN。摩擦面抗滑移系数按照f＝0.45计。

 　　9）主桁安装

 　　边跨采用平衡重辅以临时墩半伸臂架设。起步段（前两节间）利用边墩旁塔吊在膺架上架设，同时架设两个临时节间，与前两节间共长48m以加载配重平衡悬臂端。然后在钢梁上弦拼装拱上爬行架梁吊机，并在离边墩36、50、80m处设置临时墩。利用拱上爬行架梁吊机悬臂架设至主墩，与此同时在平衡节间加载适当配重。

 　　中跨采用平衡重辅以斜拉扣挂系统全伸臂架设。先主拱架设至合拢后再进行中间梁系架设。中跨安装时钢梁先整体安装至108m，随后仅架设拱肋桁架及吊杆至跨中合拢。斜拉扣挂系统塔架高98.07m，共设置两层拉索。中跨钢梁悬臂架设至168m时，挂设内索并初张拉，继续架设钢梁至240m，挂设外索、初张拉、架设钢梁，最后进行跨中合拢。钢梁悬臂架设同时在平衡节间加载适当配重。跨中合拢后，安装临时系杆并张拉，完成结构体系转换，然后逆序斜拉扣挂系统及拱上爬行架梁吊机。再利用桥面吊机在上层桥面行走，逐节间安装上下层系杆及上层桥面横梁直至跨中合拢。系杆合拢后拆除临时系杆，然后桥面吊机后撤同时安装下层桥面横梁、平联、轻轨纵梁和上下层桥面板直至完成。主体结构安装完成后安装并张拉辅助系索。全桥附属结构、桥面铺装等完成后，辅助系索及吊杆进行全面调索并达到设计要求。

 　　3. 主要技术特点和创新点

 　　1) 首次推出主跨552m的公轨两用飞燕式多肋钢桁架中层式拱桥，跨径居世界同类桥梁跨径之最。

 　　2）主桁结构中间支点采用支座,使得大桥结构体系在外部为三跨连续梁受力体系。

 　　3）重庆朝天门长江大桥采用双层交通，轨道交通与汽车的通道上下分离，互不干扰，为了保证轨道交通乘客过江时有较好的视觉感受和舒适性感，取消桁架斜腹杆。

 　　4）研制成功并应用于朝天门长江大桥世界上最大吨位14500t的抗震支座。

 　　5）整个大桥主桁构造除E15采用整体节点外，其余均采用拼装式节点，方便施工。

 　　6）采用钢结构系杆和预应力系杆相结合的方式，钢结构系杆构造上同时作为钢桁梁的一部分，其平面与主桁拱平面重合，系杆与主桁拱间的连接构造简单，受力明确；

 　　7) 本桥采用架梁吊机、斜拉扣挂技术，结合抬高梁体标高使主桥转动的思路，实现先拱后梁零应力合龙模式，为世界首例，成桥线型易于保证。

 　　4. 有关资料

 　　桥名：重庆朝天门长江大桥

 　　桥型：三跨连续钢桁系杆拱

 　　跨径：190+552+190m

 　　设计单位：重庆交通科研设计院

 　　 中铁大桥勘测设计院有限公司

 　　施工单位：中交二航局

 　　混凝土用量：55300m³

 　　钢材用量：49054t

 　　造  价：13.2亿元

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