自1986年,世界第一座波形钢腹板组合箱梁桥于法国诞生以来,该类桥梁以其众多的特点和优势,在世界范围内得到了相应的发展和应用,尤其是在日本。与普通预应力混凝土(PC)箱梁相比,波形钢腹板组合箱梁在抗震性能方面更具优势。伊朗德黑兰北部高速公路BR-06特大桥位于塔隆河谷与桑干河谷交汇处,是伊朗首都德黑兰的一条主要交通干线,也是伊朗国家重点交通工程。经各方的共同努力,该桥于伊朗当地时间2016年10月15日17时成功合龙。

抗震优 造价低

伊朗德黑兰北部高速是伊朗国家重点山区高速公路工程,设计难度极大、施工条件极为苛刻。尽管自上世纪70年代伊朗巴列维时代起,就进行了线路规划,但BR-06特大桥作为该高速公路的关键工程和难点工程,一直未得到很好的解决。受工程总承包方的专项委托,由深圳市市政设计研究院有限公司通过方案比选,提出了采用大跨度波形钢腹板PC连续梁桥方案,具有抗震性能好,造价低等优点。

BR-06特大桥桥址处于地震活动频繁的高烈度地震区,为适应极高抗震设防要求,上部结构设计选择波形钢腹板PC箱梁(方案一)和普通PC箱梁(方案二)两方案进行比较分析。由于抗震控制设计,设计中分别对以上两种方案进行地震动力响应分析,择优选择合适的方案。

采用空间有限元软件MIDAS7.4,分别对两桥型方案建立三维梁单元空间模型,进行结构动力特性及地震动力响应分析。计算得到两桥型方案在满足抗震要求下,支座和阻尼器主要参数结果如表1和表2:

由表1和表2可以看出,波形钢腹板PC箱梁(方案一)在满足结构抗震要求的前提下,所需最大型号支座和阻尼器分别为FPI35000GD(DX)和KZ-2000S×350S;普通PC箱梁(方案二)所需最大型号支座和阻尼器分别为FPI40000GD(DX)和KZ-2500S×650S。同波形钢腹板PC箱梁相比,采用普通PC箱梁(方案二)所需支座和阻尼器的最大行程过大。经市场调查,其产品型号需美国专利产品进口或者国内专门定制,综合考虑其经济性,支持中国自产自研产品,最终采用了波形钢腹板PC箱梁方案,并通过了伊朗交通部组织国际顾问公司的评审。

恶劣环境解疑难

该桥上部结构采用悬臂施工的方法进行施工。其中合龙施工工艺采取先边跨、后中跨的合龙顺序进行施工。但由于所处地理位置、自然环境和气候的影响,该桥在施工过程中存在诸多难点,但施工方以丰富的经验和多项新技术,圆满解决了这些难题,保证了本工程的顺利建设。施工难点及解决方法如下:

1.地处山区,交通运输困难,特别是波形钢腹板的运输安装难度相对加大;波形钢腹板经国内制作后运输至现场进行安装施工(约1100t波形钢腹板),需经过海运、1000公里的陆路运输,然后到达安装现场。

2.当地自然环境干旱少雨,特别是6~9月份施工高峰期间,施工现场施工用水要从10公里之外取水。

3.高温干旱地区混凝土施工技术。由于当地符合高强度混凝土配比的细度模数的天然砂缺乏,且当地高标号水泥需要从1000公里之外的阿塞拜疆边境附近运输到现场,在C50泵送混凝土配比设计过程中采用了机制砂配置C50混凝土技术,解决了当地天然砂缺乏的问题。考虑到现场高温干旱的问题,针对混凝土养护采用覆盖塑料薄膜的措施,以保障高温干旱地区混凝土的施工质量。

4.山区大跨度桥梁悬臂施工过程中,波形钢腹板箱梁顶部水平运输及安装难题。该桥基于鄄城黄河大桥波形钢腹板桥面竖直运输方案,进行优化,将根部范围的波形钢腹板节段缩短为3.2m,挂篮设计为轻型挂篮(通过在挂篮顶部设置电动葫芦,满足波形钢腹板的吊装问题),解决了波形钢腹板桥面水平运输及安装的施工难题。

5.高温环境下大跨度波形钢腹板桥合龙施工难题。左幅桥于2016年6月进行中跨合龙,当地正处于高温天气,现场温度达37°C,且山区昼夜温差比较大,在合龙施工中通过提前在桥面洒水降温、波形钢腹板先行单边安装焊接,临时进行骨架焊接,并通过连续的温度测试,选择了一个相对温度较低的环境下进行中跨合龙施工。

力推“中国标准”

该项目为伊朗德黑兰北部高速公路关键控制性工程之一,为完善伊朗国内高速路网起着重要的作用。其地震加速度动峰值为全世界工程中罕见的设计限制条件,设计采用了自重较轻、受力合理的波形钢腹板预应力混凝土连续梁桥设计方案,解决了这一抗震技术难题。该桥设计具有以下创新点:

1.按9度地震设防的大跨度波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥。设计过程中综合考虑中国规范、伊朗规范和美国规范等,对不同的规范进行了充分研究,结合项目的特点,力推以中国规范为主的技术标准,为中国桥梁技术走出国门做了开拓性的工作。

2.伊朗德黑兰北部高速公路BR-06特大桥的设计经验,为设计院主编国家行业标准《波形钢腹板组合桥梁技术规程》提供了重要技术支持。

3.大桥的设计、建设得到伊朗工程技术人员和国际咨询公司专家高度评价与认可,提高了我国这一类型组合桥梁的设计和建设技术水平。

4.该桥使用的液态粘滞型阻尼器及摩擦摆支座为中国自研自产,为桥梁设备的“中国制造”走向世界作出贡献。对我国桥梁工程技术在“一带一路”战略下走出国门具有重要示范意义。

伊朗德黑兰北部高速BR-06大桥利用波形钢腹板组合梁自重轻的特点,结合配置国产减隔震支座与阻尼器,满足了高烈度地震作用下的设计要求,在强震区桥梁设计中具有重要参考价值。对我国西部等强地震烈度地区的大跨度桥梁建设,具有重要的推广价值。同时大桥造型轻盈、色彩靓丽、技术先进,已成为德黑兰市主要桥梁景观,也成为宣传中国桥梁技术的良好平台。

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