宁布尔克拉贝河上的斜拉桥

  • 纵向预应力矮塔斜拉桥的设计和施工

  • 用来分析结构活荷载效应的复杂三维模型

  • 通过静态和动态的加载试验获得良好的相关性


Pontex工程咨询有限公司使用LUSAS桥梁软件为捷克的公路指挥部来辅助设计一座修长的斜拉桥。该桥包含了许多传统的结构元素和技术,并具有了现代轻型美学上的设计思想。该桥是捷克历史上第一座两面拉索和低塔的独特斜张式预应力斜拉桥。


概述

该桥坐落于捷克宁布尔克的东北部,位于拉贝尔低谷地区的平原上,作为用来缓和城市历史中心交通拥挤的旁路计划之一,承担着拉贝尔河上1/38的公路交通量。根据拉贝尔水务局的要求,该桥的主跨应该在132m,并且整体结构高度要很低。结果,就设计了这样一个低塔架斜拉的主体桥梁结构,它代表了一种从传统的斜拉桥到低塔预应力桥的转变。

Elevation


接近桥梁,中心复合段和塔架的典型横截面


桥的设计

完整的跨线桥上部结构长度为530m,并且在拼接处带有伸缩缝。桥的主体混凝土上部结构包含一个横跨拉贝尔河的132m长的桥跨以及两个与之相邻直接连接到引桥的41m长的桥跨。主跨的混凝土桥面板截面是一个对称的变高度和宽度的双梁截面,并且由锚定在16m高的桥塔上的三组平行斜拉索支承。主跨的中间部分设计成相对较轻的钢-混凝土复合截面插入到结构当中。52m的桥跨由在中间3m处被I形截面钢梁系住的两个箱形钢梁组成。主梁的上下翼缘和腹板的厚度根据内部应力大小的不同而不同。在由驳船运输到指定位置后,箱梁被提升到确定位置与浇筑在混凝土中700mm长的钢构件进行焊接,并且在一端用纵向的预应力锚进行固定。最后用剪切螺柱将一个245mm厚的混凝土板连接到钢梁结构上。


            

           Jacking of stays                                                             Lifting of steel girders from barge


桥塔

16m高的笨重的混凝土桥塔的顶部是用来锚定斜拉索的内部中空的箱形钢板箱膛。锚固面是结构中强度最高的部分之一,由150mm厚的钢板焊接而成。斜拉索先通过六根直径为377mm厚度为16mm的厚钢管然后进行锚固,这六根钢管焊接在每个锚固面的正前面。箱膛的底部翼缘由50mm厚的厚钢板组成,并且钢板带有加劲肋来提供连接混凝土段的均匀力。箱膛的侧壁是厚度为40mm的厚钢板,在锚固面位置带有50mm厚的竖向加劲肋。均匀焊接在箱膛侧面和顶部的钢螺栓,将钢箱膛装配到随后的自密实混凝土中。桥架顶部一个600mm2的井盖可以方便以后的维修。


            

                              Embedded steelwork ready to receive steel girders             Steel plated pylon box assembly


 横梁和摇摆柱

在桥塔的位置桥面板有很多横梁来帮助将纵梁和桥塔的荷载分布到支承上。预应力锚固的横梁同样用在了桥梁上部结构锚固拉索的位置。


桥墩位于桥的后梁托锚固的位置,被设计成摇摆柱的形式来抵抗压力和拉力并允许结构有一定的膨胀。摇摆柱由外直径为610mm的无缝钢管组成。在柱的两端形成了一个精确的四向剪切的铰接点。铰接点的锚定面用预应力棒固定在桥面板和上部结构的单元上。



Rocking struts beneath back cable hangar anchorage beams

在LUSAS中建模

完整桥梁结构的复杂三维模型包括LUSAS中创建的高架引桥。用实体的六面体单元来模拟混凝土桥面板和桥塔。用厚壳单元来模拟嵌入桥跨中的钢构件以及桥塔的锚固箱膛。同样也创建了一个独立的桥塔箱膛的三维实体单元模型来研究结构高强应力部分的局部应力大小。

Views of LUSAS model showing steel topped pylons and drop-in section


特征值分析获得了前15个模态并给出了结构潜在反应的良好迹象。


            


            

First 4 eigenmodes


用静态分析来研究横向活荷载效应以及在桥面板和拉索纵向任何偏心位置的活荷载效应。因为Pontex公司对偏离中心线的车辆荷载产生的桥面板位移比较感兴趣,所以创建了许多位移点来显示由各种各样的荷载和荷载组合产生的位移。



完成桥梁静态和动态的荷载试验之后,发现试验结果与LUSAS预测的结果有很好的相关性,这有效地验证了建立模型所使用的方法。


桥的开通

该桥于2007年六月开通,Pontex工程咨询有限公司相信因为它的位置,以及引进和使用了许多传统的结构元素和技术,该桥会有助于公司的进一步发展,以及在该地区使用现代的轻型斜拉桥梁结构,反过来,该桥也会成为捷克最杰出的桥梁作品之一。



“在该工程中通过使用LUSAS我们得到了由静态和恒载产生的桥面板位移的精确估计值,快速建模功能和可以重复使用预先定义的荷载在很大程度上帮助了我们”

Václav Kvasnička, Consulting Engineer, Pontex Consulting Engineers Ltd.


该工程的主要参与者有:

  • 客户:捷克公路指挥部布拉格分部

  • 设计方:Pontex工程咨询有限公司

  • 主要承包商:捷克SMP CZ,Metrostav, PSVS联合企业

  • 桥梁主要部分的承包商:SMP CZ

  • 引桥部分的承包商::Metrostav, a.s., D.4, 以及分包商Sub-contractor JHP mosty, s.r.o.

  • 钢结构的分包商: MCE Slaný, s.r.o.

该学习案例编写过程中引用了由PONTEX工程咨询有限公司的Milan Kalny发表的论文,该论文发表在在国际桥梁与工程协会的论文集中-----‘Improving Infrastructure Bringing People Closer Worldwide’, Weimar, Germany, 17-21 September 2007

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