原創(chuàng)性申明: 本文未抄襲其他作者的材料!文中所引用的資料和照片已經(jīng)在參考文獻(xiàn)中列出。<br>如果不妥之處，恭請(qǐng)批評(píng)指正!<br>如果您覺(jué)得有啟發(fā)，歡迎轉(zhuǎn)發(fā)。<br><br> <h1><font color="#167EFB"><b>2019年6月國(guó)際橋梁與結(jié)構(gòu)工程協(xié)會(huì)（IABSE）的網(wǎng)站揭曉了2019年度國(guó)際橋梁與結(jié)構(gòu)工程杰出結(jié)構(gòu)獎(jiǎng)和杰出結(jié)構(gòu)提名獎(jiǎng)。</b></font></h1><div><br></div><div><h1>IABSE Awards</h1><h1>Outstanding Structure Award 2019</h1><div><font color="#167EFB"><br></font></div><font color="#167EFB">Winner: Mersey Gateway Bridge, UK </font><br><h3><br></h3></div> <h1><p><b>Outstanding Structure Award 2019 Finalists:</b></p><div><font color="#167EFB"><br></font></div><p><font color="#167EFB">Widening of the bridge over the Rande Strait, Spain </font><br>Mukogawa Bridge, Japan<br><br>西班牙藍(lán)德海峽大橋拓寬（Widening of the bridge over the Rande Strait, Spain）獲得2019年度杰出結(jié)構(gòu)提名獎(jiǎng)。下面本文作者簡(jiǎn)單解讀一下這個(gè)杰出結(jié)構(gòu)。</p><p><br></p><strong></strong></h1> <h1><b><font color="#167efb">1 原藍(lán)德海峽大橋簡(jiǎn)介</font></b></h1><div><br></div><h1>原藍(lán)德海峽大橋1973年開(kāi)始修建，1977年建成。為主跨147+400+147m的雙塔鋼板梁斜拉橋。橋面寬度20.75m，主梁梁高2.40m。鋼筋混凝土橋塔高度118.6m。</h1><h1><br></h1> 圖1 原藍(lán)德海峽大橋總體布置圖<br> <h3><font color="#010101">蘭德大橋加固前的主梁截面</font></h3> <h3><font color="#010101">原藍(lán)德大橋主梁截面仰視圖</font></h3> 藍(lán)德大橋拓寬前的照片<br> <h3><font color="#010101">藍(lán)德大橋拓寬前的照片</font></h3> <h1><font color="#167EFB"><b>2 橋梁拓寬原因和背景</b></font></h1> 2006年，平均每日交通量達(dá)到55,000輛，接近其有效通行能力，交通擁堵?tīng)顩r頻繁發(fā)生。為了提高橋梁的通行能力，對(duì)不同方案進(jìn)行了研究。考慮到技術(shù)、美學(xué)和經(jīng)濟(jì)方面的因素，最有利的解決方案是老橋加寬方案，包括沿現(xiàn)有橋面、主塔外側(cè)布置兩個(gè)新主梁。該方案既可在不影響現(xiàn)有橋梁的交通前提下進(jìn)行主橋加寬，又不影響Vigo河口區(qū)域，從自然環(huán)境和景觀的角度來(lái)看這一區(qū)域非常有價(jià)值。這些限制對(duì)建設(shè)過(guò)程產(chǎn)生了至關(guān)重要的影響。<br> <h1><b><font color="#167efb">3 拓寬的方案</font></b></h1><h1><b><font color="#167efb">3.1 總體拓寬方案</font></b></h1><div> 首先對(duì)橋梁的基礎(chǔ)進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估后認(rèn)為加寬增加的荷載不需要對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行加固。<b><font color="#167efb"><br></font></b></div> 此次的橋梁拓寬，主要需要兩個(gè)步驟，橋梁基礎(chǔ)和橋塔的加固，橋梁主梁的拓寬。另外橋塔需要增加新斜拉索的錨固區(qū)。在主塔增加斜拉索的錨固區(qū)域是在橋塔的外側(cè)沿豎向增加兩個(gè)鋼錨箱，并在橋塔的塔頂增加橫梁連接兩個(gè)鋼錨箱。<br> 藍(lán)德大橋拓寬的總體效果圖<br> <h1><b><font color="#167efb">3.2 新斜拉索的錨固</font></b></h1>為了錨固新的斜拉索并把其內(nèi)力傳遞給既有的橋塔塔柱和橋墩，在既有塔柱的外側(cè)設(shè)計(jì)了外置的鋼錨箱。鋼錨箱通過(guò)球形支座支承在塔柱的水平面上。它們其中的一個(gè)限制所有方向的平動(dòng)位移，另一個(gè)允許沿橋梁橫向的水平位移。<br><br> <h3><font color="#010101">橋塔的外側(cè)沿豎向增加兩個(gè)鋼錨箱</font></h3> 在橋塔塔柱的外側(cè)和鋼錨箱的內(nèi)側(cè)之間設(shè)置支座的空間很有限。這些水平設(shè)置的支座要承受新增的內(nèi)傾斜拉索索力的水平分力而產(chǎn)生的壓力。<br>新增的左側(cè)塔柱和右側(cè)塔柱的鋼錨箱采用支承在塔柱上的受拉的鋼橫梁連接。斜拉索的豎向風(fēng)力通過(guò)橫梁下面的支座傳遞給橋塔塔柱。 <h3><font color="#010101">橋塔塔柱外側(cè)的外置鋼錨箱和橫梁</font></h3> <h3><font color="#010101">外置鋼錨箱的設(shè)計(jì)圖</font></h3> 對(duì)橋面進(jìn)行拓寬的方案是在原有的鋼板梁的外側(cè)增加兩個(gè)箱梁，新的鋼箱寬1.5m，高2.3m，在鋼箱梁上面鋪設(shè)了25cm厚的普通混凝土，形成鋼-砼結(jié)合梁，和純的鋼箱梁和正交異性板相比，提高了結(jié)構(gòu)的耐久性。<br>在外側(cè)的兩個(gè)鋼箱梁的中間設(shè)置斜拉索的錨固裝置，鋼箱梁靠既有主梁側(cè)采用橫向桁架和鉸連接。<br>在新增的鋼箱梁兩側(cè)設(shè)置華倫型橫梁，如圖所示。橫梁的間距為10,53m，采用變高度的桁梁。內(nèi)側(cè)變高度的橫梁形成一個(gè)準(zhǔn)三角形的橫梁和既有的主梁采用鉸相連。<br><h3><font color="#010101"> </font></h3> <h3><font color="#010101">藍(lán)德大橋拓寬普遍的鋼箱梁</font></h3> 外側(cè)的桁架橫梁采用半結(jié)構(gòu)性的鋼板進(jìn)行包裹，提供流線的外形以利于氣動(dòng)穩(wěn)定性并減少風(fēng)的阻力。相反內(nèi)側(cè)的桁架橫梁未有包裹，是可以透風(fēng)的。<br>內(nèi)側(cè)的變高度的橫梁形成一個(gè)準(zhǔn)三角形的橫梁和既有的主梁采用鉸相連是為了保證新增箱梁和既有主梁之間合理的結(jié)構(gòu)行為。外側(cè)變高度的桁架橫梁，支撐車道的混凝土板并直接承受車輛活載并它們分配給附近的幾個(gè)橫梁。<br>外側(cè)的橫梁也避免由既有主梁，新增兩個(gè)箱梁，上部混凝土板，下部包裹鋼板的畸變。另外因?yàn)榛炷涟宓暮穸戎挥?5-25cm厚，所以在兩個(gè)斜拉索之間設(shè)置中間桁架橫梁。<br> <h3><font color="#010101">拓寬主梁的橫截面圖</font></h3> <h3><font color="#010101">混凝土板在新增鋼箱梁中線處厚25cm，在邊梁處厚15cm。這個(gè)厚度的變化提供了新增橋面的橫坡。新增的車道每側(cè)寬5.0m，上部混凝土板的寬度為6.75m，加寬的橋面總寬度為7.0m，在混凝土板上鋪設(shè)8cm厚的橋面鋪裝。</font></h3> 對(duì)于設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，非常重要的是加寬前后，既有主梁的結(jié)構(gòu)行為基本保持不變。為了堅(jiān)持這個(gè)原則，需要盡可能地減小新增主梁和既有主梁之間的內(nèi)力傳遞，尤其是兩個(gè)主梁之間彎矩的傳遞。<br>為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，新增主梁和既有主梁之間采用球形鉸，只傳遞剪力和軸力，而不傳遞彎矩。該球形鉸采用100年內(nèi)不維修的方法設(shè)計(jì)。<br> <h1><b><font color="#167efb">3.4 斜拉索和錨固系統(tǒng)</font></b></h1><h1><br></h1><h3> 新增的兩個(gè)索面來(lái)支撐新增的兩幅主梁，這些斜拉索和主梁的錨固裝置設(shè)置在主梁內(nèi)，其尺寸易于斜拉索和錨具的安裝，張拉和以后的檢修與維護(hù)。<br> 斜拉索的上端錨固在設(shè)置在既有塔柱外側(cè)的外置鋼錨箱內(nèi)。所有的斜拉索均提供檢修和以后更換的通道和空間。<br> 新增斜拉索的水平距離和既有斜拉索的水平距離相等以利于新增斜拉索的錨固。斜拉索在橋塔上錨固的豎向位置也和既有斜拉索的位置相同，以便新增斜拉索和既有斜拉索在視覺(jué)上是平行的，提高橋梁的優(yōu)雅性。斜拉索的采用鋼絞線，鋼絞線的股數(shù)在33和91之間變化。</h3> 這種布置和新的橫向挑臂橋面，會(huì)導(dǎo)致恒載作用下既有斜拉索的卸載。原因是在恒載作用下由于杠桿作用，在鉸的位置產(chǎn)生一個(gè)向上的力。這種杠桿作用的效果相當(dāng)有益。因?yàn)樗鼫p小了既有斜拉索的恒載應(yīng)力。但是既有斜拉索應(yīng)力的減小不足以引起其非線性效應(yīng)的明顯增加。<br> 但是在活載作用下，斜拉索的應(yīng)力幅稍微改變。既有斜拉索的結(jié)構(gòu)行為看起來(lái)得到了改善，特別是對(duì)于疲勞荷載。<br> 加寬后既有斜拉索的內(nèi)力和沒(méi)有加寬相比，沒(méi)有任何增加。這是特別重要的，因?yàn)楸苊饬藢?duì)既有斜拉索在橋塔上錨固區(qū)域的補(bǔ)強(qiáng)這項(xiàng)非常復(fù)雜的工作。<br> <h3><font color="#010101"> 結(jié)構(gòu)橫向行為的示意圖</font></h3> <h1><b><font color="#167efb">3.5 橋梁邊墩的加固</font></b></h1>橋梁邊跨沒(méi)有設(shè)置輔助墩，只有邊墩。為了支撐新增的兩個(gè)外側(cè)箱梁，將邊墩的懸臂加寬9.8m以支撐新增的主跨箱梁和引橋的加寬部分。<br> <p></p><h1><b><font color="#167efb">4 氣動(dòng)穩(wěn)定性試驗(yàn)</font></b></h1> 為了確保橋梁的氣動(dòng)穩(wěn)定性，對(duì)主梁節(jié)段和全橋進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)，結(jié)果表明顫振臨界風(fēng)速大于60m/s。<p></p><p> 另外對(duì)三個(gè)分箱之間的渦流導(dǎo)致的我記振動(dòng)也進(jìn)行了深入的研究，控制渦激振動(dòng)的振幅。<br></p><p><br></p> <h3></h3><h1><b><font color="#167efb">5 施工</font></b></h1>對(duì)于施工階段采用正裝法計(jì)算，共計(jì)269個(gè)施工階段的計(jì)算。<br>橋梁2014年公開(kāi)招標(biāo)，2015年授標(biāo)給Dragados和Grupo Puentes 公司的聯(lián)合體。以下簡(jiǎn)單介紹架設(shè)的主要步驟。<br><h1><b><font color="#167efb">5.1 橋塔外置鋼錨箱</font></b></h1> 每個(gè)橋塔的外置鋼錨箱分為6個(gè)節(jié)段起吊和安裝。除過(guò)6個(gè)外置鋼錨箱外，每個(gè)橋塔還有一個(gè)橫梁。<br><h3></h3><h3> 橋塔橫梁也分為6個(gè)節(jié)段采用塔吊起吊和安裝，等6個(gè)節(jié)段都吊裝到位后，進(jìn)行焊接。肩部構(gòu)件現(xiàn)在橋下進(jìn)行預(yù)拼裝，然后吊裝到位。</h3> <h3><font color="#010101">肩部構(gòu)件在橋下的預(yù)拼裝</font></h3> <h1><p><b><font color="#167efb">5.2 首段主梁的安裝</font></b></p></h1><h3>橋塔處首段主梁采用支架法安裝，首段主梁的長(zhǎng)度42m，重210噸。</h3><b><font color="#167efb">5.3 典型主梁節(jié)段的安裝</font></b><br><h3>當(dāng)首段主梁安裝完成以后，開(kāi)始安裝標(biāo)準(zhǔn)的梁段。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)梁段長(zhǎng)度21m，重90噸。采用標(biāo)準(zhǔn)的懸臂架設(shè)法施工。主梁的現(xiàn)場(chǎng)接頭采用焊接。</h3> <p>主梁的安裝一共8個(gè)工作面，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段主梁的安裝包括以下步驟：<br>新主梁節(jié)段吊裝<br>新主梁節(jié)段的對(duì)位<br>新主梁節(jié)段的焊接<br>新主梁節(jié)段和既有主梁節(jié)段的連接<br>斜拉索的安裝和張拉<br>安裝橋面鋼筋和澆筑混凝土<br>掛籃的移動(dòng)</p><p><br>主梁的施工總共用了6個(gè)月，從2017年4月到10月。<br></p><p><br></p> <h3><font color="#010101">藍(lán)德大橋拓寬時(shí)吊裝旁邊的鋼箱梁</font></h3> <h3><font color="#010101">藍(lán)德大橋拓寬時(shí)吊裝旁邊的鋼箱梁</font></h3> <h3><font color="#010101">藍(lán)德大橋拓寬時(shí)吊裝旁邊的鋼箱梁</font></h3> <h3></h3><h1><font color="#167EFB">6 拓寬效果</font></h1><div> <br>橋梁施工完成以后，進(jìn)行了靜動(dòng)力試驗(yàn)以驗(yàn)證加寬后的橋梁有足夠的結(jié)構(gòu)行為。<br>在靜力荷載試驗(yàn)中，采用68輛卡車進(jìn)行加載。<br>為了驗(yàn)證新增主梁的在車輛通過(guò)時(shí)的舒適性，進(jìn)行了動(dòng)力試驗(yàn)。結(jié)果表明橋梁拓寬后厚的舒適性良好。<br></div><div><br></div><h3>藍(lán)德海峽大橋是世界上第一座進(jìn)行老橋加寬大跨度斜拉橋，是結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的一個(gè)獨(dú)特里程碑工程。其創(chuàng)新設(shè)計(jì)解決了功能問(wèn)題，公路通行量顯著增加，加寬最大限度地利用現(xiàn)有橋梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)間還改善了大橋的動(dòng)力行為。由于采用了精心設(shè)計(jì)的方法，創(chuàng)造了現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)僅僅14個(gè)月的紀(jì)錄；施工期間維持了現(xiàn)有橋梁交通，沒(méi)有對(duì)Vigo河口的自然環(huán)境產(chǎn)生影響。 <br> 結(jié)構(gòu)類型： 加寬斜拉橋<br> 完成日期： 2017年12月<br> 地點(diǎn)： 藍(lán)德海峽，西班牙<br> 所有者： Ministerio de Fomento（西班牙道路管理局）<br> 特許經(jīng)營(yíng)： AutopistasdelAtlántico，CESA<br> 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： MC2 Estudio de Ingenieria SL和Dr.ManuelJuliáVilardell<br></h3><h3> 總承包商： JV Dragados + Grupo Puentes</h3><h3>拓寬總造價(jià): 8800萬(wàn)歐元</h3><h3>拓寬增加的交通量: 43%</h3><h3><br></h3> <h3>拓寬后的藍(lán)德海峽大橋</h3> <h1> <b><font color="#167EFB">鑒于本橋拓寬的巧妙構(gòu)思和良好效果，國(guó)際橋梁與結(jié)構(gòu)工程協(xié)會(huì)授予本橋2019年度杰出結(jié)構(gòu)提名獎(jiǎng)。</font></b></h1><br> <h3>本橋拓寬動(dòng)畫(huà)。</h3> <h3>全橋拓寬的工程數(shù)量</h3><h3>結(jié)構(gòu)鋼 (t): 6608
</h3><h3>普通鋼筋(t): 276
</h3><h3>斜拉索 (t): 849
</h3><h3>混凝土(m3): 3337</h3> <h1><b><font color="#167EFB">7 中國(guó)三分箱主梁公鐵錯(cuò)層合建斜拉橋方案</font></b></h1><div><br></div><h3>2014年2月在?？谌缫鈲u公鐵合建跨海大橋國(guó)際競(jìng)賽的準(zhǔn)備過(guò)程中。中國(guó)中鐵二院的工程師首先提出橋塔內(nèi)穿的三分箱分體式箱梁方案，其中兩線城市軌道交通走中間的箱型主梁，兩側(cè)的兩個(gè)箱梁分別承載兩車道公路。當(dāng)時(shí)本文作者在斯圖加特的手繪主梁和橋塔圖下圖所示。</h3> <h3><font color="#010101">如意島公鐵合建橋橋塔內(nèi)穿的三分箱分體式箱梁手繪圖（王應(yīng)良2014年2月于斯圖加特）</font></h3> <h3><font color="#010101">在此橋投標(biāo)的過(guò)程中，城市軌道交通變更為兩線跨座式單軌鐵路，本文作者又提出橋塔外包的雙分箱分體式箱梁方案，但是公路和跨座式單軌鐵路錯(cuò)層布置。</font></h3><h3><font color="#010101">本方案獲得國(guó)際競(jìng)賽第一名。</font></h3> <h3>海口如意島跨海公鐵合建橋的主梁截面</h3> <h3>?？谌缫鈲u跨海公鐵合建橋效果圖</h3> <h3><font color="#010101"> 2016年1月底，在研究宜賓臨港公鐵合建長(zhǎng)江大橋的方案過(guò)程中，中鐵二院的部分工程師又在公鐵平層合建的三分箱主梁的基礎(chǔ)上發(fā)明了公鐵錯(cuò)層布置的三分箱主梁截面。</font></h3> <h3>2016年由中鐵二院宜賓臨港長(zhǎng)江公鐵合建橋設(shè)計(jì)組主要工程師們提出的橋塔內(nèi)穿的三分箱主梁方案，首創(chuàng)公路和鐵路錯(cuò)層布置。</h3> <h3><font color="#010101"> 為了保護(hù)設(shè)計(jì)組的勞動(dòng)成果。此主梁截面2016年7月被迫申報(bào)發(fā)明專利，2018年5月被授予國(guó)家發(fā)明專利。</font></h3> <h3>2016年中鐵二院公鐵合建橋梁設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的工程師們又在錯(cuò)層三分箱主梁的基礎(chǔ)上，發(fā)明了分體式箱梁加桁梁的新雙層公鐵合建橋主梁截面。2019年5月被授予國(guó)家發(fā)明專利。</h3> <h3>公鐵合建橋雙層主梁截面發(fā)明專利</h3> <h3>雙分箱主梁和桁梁的箱桁組合主梁截面</h3> <h1><font color="#167EFB"><b>鳴謝：</b></font></h1><h3><br></h3><h3>文章圖片來(lái)源于MC2 Estudio de Ingenieria SL，Dr.ManuelJuliáVilardell， JV Dragados + Grupo Puentes 三個(gè)公司的網(wǎng)站。在此向這三個(gè)公司表示深深的謝意。<br></h3> <h3>其實(shí)在上個(gè)世紀(jì)90年代初，德國(guó)有個(gè)橋梁的拓寬和這個(gè)橋的拓寬類似，但是采用的技術(shù)比這個(gè)橋還巧妙。</h3> <h1><b><font color="#167EFB">參考文獻(xiàn):</font></b><br></h1><h3>1）Julio Martínez Calzón , Manuel Juliá Vilardell , álvaro Serrano Corral & Miguel Gómez Navarro , Widening of the Cable-Stayed Bridge over the Rande Strait, Spain</h3><h3>Structural Engineering International, 2008,N0 4 <br>2） 王應(yīng)良， The selection of box girders for cable-supported railroad bridges. Steel construction design and research, 2019, No2 <br>3）王應(yīng)良， The frontier of cable-supported railroad bridges with box girder. Bautechnik, 2019 （待出版,SCI,EI）<br><br></h3><h1><b><font color="#167EFB">本文作者簡(jiǎn)介</font></b></h1><h3>王應(yīng)良 工學(xué)博士，橋梁工程師，英國(guó)注冊(cè)工程師(CEng 584540)。在12個(gè)國(guó)家設(shè)計(jì)和咨詢大型橋梁30多座，包含了公路橋，鐵路橋和公鐵合建橋。主要研究方向?yàn)椋轰摌?，?砼結(jié)合梁橋，橋梁總體設(shè)計(jì)。2012年后以第1作者或和通訊作者發(fā)表鋼橋，鋼-砼結(jié)合梁橋領(lǐng)域的論文14篇。其中SCI收錄7篇，EI收錄13篇。獲得2016年度《英國(guó)橋梁工程學(xué)報(bào)》優(yōu)秀論文獎(jiǎng)。設(shè)計(jì)的橋梁中已有三座登上國(guó)際雜志封面。</h3><h1><br><strong></strong><strong></strong><strong></strong></h1> <h3>對(duì)于三分箱主梁感興趣的朋友還可以參見(jiàn)以下拙文:</h3><h3><a href="http://m.kamkm888.com/1oqcpfl7?share_from=self" target="_blank" class="link"><span class="iconfont icon-iconfontlink"> </span>跨越愿景與經(jīng)驗(yàn)的鴻溝：公鐵合建橋的藝術(shù)與科學(xué)</a><br></h3><h3><a href="http://m.kamkm888.com/1orw6mof?share_from=self" target="_blank" class="link"><span class="iconfont icon-iconfontlink"> </span>The Art and the Science of Rail-cum-Road Bridges</a><br></h3><h3><a href="http://m.kamkm888.com/iwtxug5?share_from=self" target="_blank" class="link"><span class="iconfont icon-iconfontlink"> </span>分體式箱梁公鐵（軌）合建纜索承重橋梁的發(fā)展趨勢(shì)</a><br></h3><h3><a href="http://m.kamkm888.com/iwk0kc1?share_from=self" target="_blank" class="link"><span class="iconfont icon-iconfontlink"> </span>寬體箱梁公鐵合建纜索承重橋梁的主梁選型和斜拉索錨固（簡(jiǎn)化版本）</a><br></h3><h3><a href="http://m.kamkm888.com/y30mnjj?share_from=self" target="_blank" class="link"><span class="iconfont icon-iconfontlink"> </span>公鐵合建橋，我們有個(gè)約會(huì)！Railway and Road Bridge, we have a da</a><br></h3> <h3>設(shè)計(jì)的橋梁中已有三座大橋登上國(guó)際雜志封面</h3> <h3>設(shè)計(jì)的橋梁中已有三座大橋登上國(guó)際雜志封面</h3>