北京地铁五号线曲线斜拉桥设计

摘 要:北京地铁五号线第

十

四、十五标段高架工程中,跨越清河采用了预应力混凝土曲线斜拉桥。施工控制 计算 采用3DBridge进行,并在空间程序上利用“无应力索长法”控制斜拉桥最终目标状态。介绍该桥的设计、计算、施工安装及主要技术特点。

关键词:斜拉桥;曲线桥;预应力混凝土结构;桥梁设计

1 概 述

北京地铁五号线为2008年奥运会的配套工程,第

十

四、十五标段高架工程全长约5km,其中跨越清河的曲线斜拉桥为地铁五号线的标志性建筑,是世界上首座预应力混凝土轨道 交通 曲线斜拉桥,其桥式布置见图1。

清河斜拉桥13号墩位于清河南岸,14~16号墩位于清河北岸。跨度布置为(108+66+

3

6)m, 主跨108m,边跨102m,内设一辅助墩以提高结构的整体刚度。主梁为单箱双室预应力混凝土结构,主塔为钻石形结构,斜索为空间的扇形密索体系,梁上索距7m。结构体系为塔、梁固结,边墩和辅助墩上设纵向滑动支座。主塔墩和边墩采用钻孔摩擦桩基础。

2 斜拉桥设计

2.1 主要技术标准

(1)设计活载:双线轻轨荷载。

(2)设计行车速度:80km/h。

(3)路面超高设置:20cm。

2.2 主塔设计 主塔锚固区水平向布置直径32mm预应力粗钢筋。

在塔、梁交接处下塔柱顶布置有8束12-7Ф5水平预应力钢绞线。

2.3 主梁设计 标准段主梁顶板厚25cm,底板厚30cm,斜腹板厚35cm,中腹板厚40cm,两侧斜索锚固悬臂端长100cm,高80cm,横梁为变宽截面,距中腹板203.3cm范围宽30cm,然后渐变至端部70cm。 普通横梁布置有2根9-7Ф5预应力钢绞线束。

2.4 斜拉索设计 2.5 主塔基础设计 由于斜拉索径向力的作用,在恒载作用下,主塔基础作用有径向弯矩,本桥主塔基础重心向曲线内侧偏移,与主塔基础受力吻合。

3 静力 计算

3.1 空间静力计算

由于本桥为预应力混凝土曲线斜拉桥,其受力特点表现为复杂的空间受力状态,不能用传统的平面杆系程序进行 分析 计算。本次计算采用中铁大桥勘测设计院有限公司编制的“桥梁空间分析软件3DBridge”空间程序进行静力分析,利用不对称索力调整主梁的扭矩,使结构在恒载状态受力达到最佳。计算中采用的成桥状态结构各部位边界条件见表1。

3.2 主要计算结果

(2)侧向刚度及扭转刚度。跨中活载横向位移最大为0.031mm,最小为-1.725mm,跨中活载扭转角最大为8.9×10-5 rad,最小为-3.39×10-4 rad。虽然地铁设计规范对于桥梁的侧向刚度和扭转刚度没有明确规定,但从计算结果可以看出大桥具有很好的侧向和抗扭刚度。

(3)恒载状态下斜拉索索力、应力见图6。从图6可以看出恒载状态内外侧索力不对称,通过不对称索力调整主梁的恒载扭矩。

4 静力稳定分析5 斜拉桥施工

施工监控计算采用“桥梁空间分析软件3DBridge”进行,第1次在空间程序上利用“无应力索长法”控制斜拉桥最终目标状态。

6 本桥技术特点 总结

(1)结构几何关系复杂:由于主梁位于缓和曲线和圆曲线上,主塔为钻石形,塔、梁、索及空间锚点坐标复杂。

(2)结构受力复杂:由于主梁为曲线形,斜拉索向曲线的圆心方向有一水平径向分力,整个结构受力为复杂的空间受力状态。

(3)主塔设计特点:由于径向力的作用,主塔为空间不对称受力状态,曲线外侧塔柱为拉弯构件,内侧塔柱为压弯构件。设计时,采取在外侧塔柱施加竖向预应力等措施解决受力不对称 问题 。

(4)主梁设计特点:主梁承受空间的弯矩、剪力和扭矩作用。设计时,曲线内外侧斜索采用不对称索力,利用内外侧索力差来平衡主梁恒载扭矩。另外,轨道中心线向主梁内侧偏移以减小活载扭矩。

(5)基础设计特点:主塔基础处地形条件复杂,设计时将基础重心向曲线内侧偏移,既满足了地形要求又与基础受力相吻合。

(6)静力计算及施工控制:采用空间程序对斜拉桥进行静、动力分析,首次将“无应力索长法”运用于空间程序进行现场的施工控制计算,控制斜拉桥安装的最终目标状态。

7 结 语

经过两年多时间的施工,本桥已于2005年11月上旬完成主体结构的施工,塔、梁、索及锚点空间位置正确,经检测实际成桥状态与理论计算吻合。