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在參考文獻中列出。<br>如果不妥之處，恭請批評指正!<br>如果您覺得有啟發(fā)，歡迎轉發(fā)。<br><br> <h1><font color="#167EFB"><b>2019年6月國際橋梁與結構工程協會（IABSE）的網站揭曉了2019年度國際橋梁與結構工程杰出結構獎和杰出結構提名獎。</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>西班牙藍德海峽大橋拓寬（Widening of the bridge over the Rande Strait, Spain）獲得2019年度杰出結構提名獎。下面本文作者簡單解讀一下這個杰出結構。</p><p><br></p><strong></strong></h1> <h1><b><font color="#167efb">1 原藍德海峽大橋簡介</font></b></h1><div><br></div><h1>原藍德海峽大橋1973年開始修建，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">原藍德大橋主梁截面仰視圖</font></h3> 藍德大橋拓寬前的照片<br> <h3><font color="#010101">藍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，平均每日交通量達到55,000輛，接近其有效通行能力，交通擁堵狀況頻繁發(fā)生。為了提高橋梁的通行能力，對不同方案進行了研究。考慮到技術、美學和經濟方面的因素，最有利的解決方案是老橋加寬方案，包括沿現有橋面、主塔外側布置兩個新主梁。該方案既可在不影響現有橋梁的交通前提下進行主橋加寬，又不影響Vigo河口區(qū)域，從自然環(huán)境和景觀的角度來看這一區(qū)域非常有價值。這些限制對建設過程產生了至關重要的影響。<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> 首先對橋梁的基礎進行評估，評估后認為加寬增加的荷載不需要對基礎進行加固。<b><font color="#167efb"><br></font></b></div> 此次的橋梁拓寬，主要需要兩個步驟，橋梁基礎和橋塔的加固，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)域是在橋塔的外側沿豎向增加兩個鋼錨箱，并在橋塔的塔頂增加橫梁連接兩個鋼錨箱。<br> 藍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力傳遞給既有的橋塔塔柱和橋墩，在既有塔柱的外側設計了外置的鋼錨箱。鋼錨箱通過球形支座支承在塔柱的水平面上。它們其中的一個限制所有方向的平動位移，另一個允許沿橋梁橫向的水平位移。<br><br> <h3><font color="#010101">橋塔的外側沿豎向增加兩個鋼錨箱</font></h3> 在橋塔塔柱的外側和鋼錨箱的內側之間設置支座的空間很有限。這些水平設置的支座要承受新增的內傾斜拉索索力的水平分力而產生的壓力。<br>新增的左側塔柱和右側塔柱的鋼錨箱采用支承在塔柱上的受拉的鋼橫梁連接。斜拉索的豎向風力通過橫梁下面的支座傳遞給橋塔塔柱。 <h3><font color="#010101">橋塔塔柱外側的外置鋼錨箱和橫梁</font></h3> <h3><font color="#010101">外置鋼錨箱的設計圖</font></h3> 對橋面進行拓寬的方案是在原有的鋼板梁的外側增加兩個箱梁，新的鋼箱寬1.5m，高2.3m，在鋼箱梁上面鋪設了25cm厚的普通混凝土，形成鋼-砼結合梁，和純的鋼箱梁和正交異性板相比，提高了結構的耐久性。<br>在外側的兩個鋼箱梁的中間設置斜拉索的錨固裝置，鋼箱梁靠既有主梁側采用橫向桁架和鉸連接。<br>在新增的鋼箱梁兩側設置華倫型橫梁，如圖所示。橫梁的間距為10,53m，采用變高度的桁梁。內側變高度的橫梁形成一個準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">藍德大橋拓寬普遍的鋼箱梁</font></h3> 外側的桁架橫梁采用半結構性的鋼板進行包裹，提供流線的外形以利于氣動穩(wěn)定性并減少風的阻力。相反內側的桁架橫梁未有包裹，是可以透風的。<br>內側的變高度的橫梁形成一個準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構行為。外側變高度的桁架橫梁，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橫梁。<br>外側的橫梁也避免由既有主梁，新增兩個箱梁，上部混凝土板，下部包裹鋼板的畸變。另外因為混凝土板的厚度只有15-25cm厚，所以在兩個斜拉索之間設置中間桁架橫梁。<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。這個厚度的變化提供了新增橋面的橫坡。新增的車道每側寬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8cm厚的橋面鋪裝。</font></h3> 對于設計來說，非常重要的是加寬前后，既有主梁的結構行為基本保持不變。為了堅持這個原則，需要盡可能地減小新增主梁和既有主梁之間的內力傳遞，尤其是兩個主梁之間彎矩的傳遞。<br>為了達到這個目標，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年內不維修的方法設計。<br> <h1><b><font color="#167efb">3.4 斜拉索和錨固系統</font></b></h1><h1><br></h1><h3> 新增的兩個索面來支撐新增的兩幅主梁，這些斜拉索和主梁的錨固裝置設置在主梁內，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。<br> 斜拉索的上端錨固在設置在既有塔柱外側的外置鋼錨箱內。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，鋼絞線的股數在33和91之間變化。</h3> 這種布置和新的橫向挑臂橋面，會導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，在鉸的位置產生一個向上的力。這種杠桿作用的效果相當有益。因為它減小了既有斜拉索的恒載應力。但是既有斜拉索應力的減小不足以引起其非線性效應的明顯增加。<br> 但是在活載作用下，斜拉索的應力幅稍微改變。既有斜拉索的結構行為看起來得到了改善，特別是對于疲勞荷載。<br> 加寬后既有斜拉索的內力和沒有加寬相比，沒有任何增加。這是特別重要的，因為避免了對既有斜拉索在橋塔上錨固區(qū)域的補強這項非常復雜的工作。<br> <h3><font color="#010101"> 結構橫向行為的示意圖</font></h3> <h1><b><font color="#167efb">3.5 橋梁邊墩的加固</font></b></h1>橋梁邊跨沒有設置輔助墩，只有邊墩。為了支撐新增的兩個外側箱梁，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 氣動穩(wěn)定性試驗</font></b></h1> 為了確保橋梁的氣動穩(wěn)定性，對主梁節(jié)段和全橋進行了風洞試驗，結果表明顫振臨界風速大于60m/s。<p></p><p> 另外對三個分箱之間的渦流導致的我記振動也進行了深入的研究，控制渦激振動的振幅。<br></p><p><br></p> <h3></h3><h1><b><font color="#167efb">5 施工</font></b></h1>對于施工階段采用正裝法計算，共計269個施工階段的計算。<br>橋梁2014年公開招標，2015年授標給Dragados和Grupo Puentes 公司的聯合體。以下簡單介紹架設的主要步驟。<br><h1><b><font color="#167efb">5.1 橋塔外置鋼錨箱</font></b></h1> 每個橋塔的外置鋼錨箱分為6個節(jié)段起吊和安裝。除過6個外置鋼錨箱外，每個橋塔還有一個橫梁。<br><h3></h3><h3> 橋塔橫梁也分為6個節(jié)段采用塔吊起吊和安裝，等6個節(jié)段都吊裝到位后，進行焊接。肩部構件現在橋下進行預拼裝，然后吊裝到位。</h3> <h3><font color="#010101">肩部構件在橋下的預拼裝</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>當首段主梁安裝完成以后，開始安裝標準的梁段。每個標準梁段長度21m，重90噸。采用標準的懸臂架設法施工。主梁的現場接頭采用焊接。</h3> <p>主梁的安裝一共8個工作面，每個標準節(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</p><p><br>主梁的施工總共用了6個月，從2017年4月到10月。<br></p><p><br></p> <h3><font color="#010101">藍德大橋拓寬時吊裝旁邊的鋼箱梁</font></h3> <h3><font color="#010101">藍德大橋拓寬時吊裝旁邊的鋼箱梁</font></h3> <h3><font color="#010101">藍德大橋拓寬時吊裝旁邊的鋼箱梁</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，進行了靜動力試驗以驗證加寬后的橋梁有足夠的結構行為。<br>在靜力荷載試驗中，采用68輛卡車進行加載。<br>為了驗證新增主梁的在車輛通過時的舒適性，進行了動力試驗。結果表明橋梁拓寬后厚的舒適性良好。<br></div><div><br></div><h3>藍德海峽大橋是世界上第一座進行老橋加寬大跨度斜拉橋，是結構領域的一個獨特里程碑工程。其創(chuàng)新設計解決了功能問題，公路通行量顯著增加，加寬最大限度地利用現有橋梁的結構強度，同時間還改善了大橋的動力行為。由于采用了精心設計的方法，創(chuàng)造了現場架設僅僅14個月的紀錄；施工期間維持了現有橋梁交通，沒有對Vigo河口的自然環(huán)境產生影響。 <br> 結構類型： 加寬斜拉橋<br> 完成日期： 2017年12月<br> 地點： 藍德海峽，西班牙<br> 所有者： Ministerio de Fomento（西班牙道路管理局）<br> 特許經營： AutopistasdelAtlántico，CESA<br> 結構設計： 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: 8800萬歐元</h3><h3>拓寬增加的交通量: 43%</h3><h3><br></h3> <h3>拓寬后的藍德海峽大橋</h3> <h1> <b><font color="#167EFB">鑒于本橋拓寬的巧妙構思和良好效果，國際橋梁與結構工程協會授予本橋2019年度杰出結構提名獎。</font></b></h1><br> <h3>本橋拓寬動畫。</h3> <h3>全橋拓寬的工程數量</h3><h3>結構鋼 (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 中國三分箱主梁公鐵錯層合建斜拉橋方案</font></b></h1><div><br></div><h3>2014年2月在海口如意島公鐵合建跨海大橋國際競賽的準備過程中。中國中鐵二院的工程師首先提出橋塔內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，兩側的兩個箱梁分別承載兩車道公路。當時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穿的三分箱分體式箱梁手繪圖（王應良2014年2月于斯圖加特）</font></h3> <h3><font color="#010101">在此橋投標的過程中，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層布置。</font></h3><h3><font color="#010101">本方案獲得國際競賽第一名。</font></h3> <h3>海口如意島跨海公鐵合建橋的主梁截面</h3> <h3>海口如意島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江大橋的方案過程中，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上發(fā)明了公鐵錯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江公鐵合建橋設計組主要工程師們提出的橋塔內穿的三分箱主梁方案，首創(chuàng)公路和鐵路錯層布置。</h3> <h3><font color="#010101"> 為了保護設計組的勞動成果。此主梁截面2016年7月被迫申報發(fā)明專利，2018年5月被授予國家發(fā)明專利。</font></h3> <h3>2016年中鐵二院公鐵合建橋梁設計團隊的工程師們又在錯層三分箱主梁的基礎上，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>文章圖片來源于MC2 Estudio de Ingenieria SL，Dr.ManuelJuliáVilardell， JV Dragados + Grupo Puentes 三個公司的網站。在此向這三個公司表示深深的謝意。<br></h3> <h3>其實在上個世紀90年代初，德國有個橋梁的拓寬和這個橋的拓寬類似，但是采用的技術比這個橋還巧妙。</h3> <h1><b><font color="#167EFB">參考文獻:</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） 王應良， The selection of box girders for cable-supported railroad bridges. Steel construction design and research, 2019, No2 <br>3）王應良， 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">本文作者簡介</font></b></h1><h3>王應良 工學博士，橋梁工程師，英國注冊工程師(CEng 584540)。在12個國家設計和咨詢大型橋梁30多座，包含了公路橋，鐵路橋和公鐵合建橋。主要研究方向為：鋼橋，鋼-砼結合梁橋，橋梁總體設計。2012年后以第1作者或和通訊作者發(fā)表鋼橋，鋼-砼結合梁橋領域的論文14篇。其中SCI收錄7篇，EI收錄13篇。獲得2016年度《英國橋梁工程學報》優(yōu)秀論文獎。設計的橋梁中已有三座登上國際雜志封面。</h3><h1><br><strong></strong><strong></strong><strong></strong></h1> <h3>對于三分箱主梁感興趣的朋友還可以參見以下拙文:</h3><h3><a href="http://www.xsjgww.com/1oqcpfl7?share_from=self" target="_blank" class="link"><span class="iconfont icon-iconfontlink"> </span>跨越愿景與經驗的鴻溝：公鐵合建橋的藝術與科學</a><br></h3><h3><a href="http://www.xsjgww.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://www.xsjgww.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</a><br></h3><h3><a href="http://www.xsjgww.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（簡化版本）</a><br></h3><h3><a href="http://www.xsjgww.com/y30mnjj?share_from=self" target="_blank" class="link"><span class="iconfont icon-iconfontlink"> </span>公鐵合建橋，我們有個約會！Railway and Road Bridge, we have a da</a><br></h3> <h3>設計的橋梁中已有三座大橋登上國際雜志封面</h3> <h3>設計的橋梁中已有三座大橋登上國際雜志封面</h3>
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