解读|瑞士甘特桥Ganter Bridge 原来斜拉桥还可以这么设计?

道路瞭望2018-04-15 15:37:22

 

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Ganter大桥是一座钢筋混凝土公路桥。位于瑞士瓦里斯,该桥是一座具有独特风格的斜拉桥,拉索设置于混凝土薄板内。公路以“S”行曲线跨越山谷,只有桥的主跨部174米是直线,两端边孔跨径127米位于R=200米的曲线上,堪称一绝。它的长度是678米(2224英尺),主要长174米(571英尺),和一个最大的塔高150米(492英尺)。

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设计概况

该桥是由著名的瑞士土木工程师Christian Menn(1927~)完成的。Christian Menn是2009年IABSE国际桥协奖章获得者。Menn是一位极其优秀的桥梁工程师,任教于瑞士苏黎世联邦高工ETH,研究领域主要集中在预应力混凝土。

1980年底竣工的甘特(Ganter)桥为具有最大跨度17米为部分预应力的预应力混凝土桥。该桥在瑞士与意大利交界处的国道9号线上,跨过甘特溪谷。最初考虑在溪谷右岸设置1.5公里长的隧道与老甘特桥相连,后来采纳了C·Menn教授提出的方案—全长500米、高150米的混凝土桥方案。该方案与隧道方案相比,可缩短1.7公里,节省工程费约一半。

甘特桥为8跨连续单室箱梁,主跨三孔由具有斜拉索外形的预应力混凝土板悬吊着主梁,其外形非常特殊,梁高显著降低到2.5米一5米,主梁为宽10米没有横撑的箱形截面。桥面以上的混凝土塔高控制在15 米以下,因此使斜拉预应力混凝土板的倾斜角很平坦。

甘特溪谷右岸的基岩为45度陡斜面,其表面容易风化以致崩坍,由于裂缝多而非常不稳定。左岸坡度25度,地表面以下钓米的片岩已被强裂腐蚀,上面为含有许多细砂的砂层,由于含砂率高,阻止了山腹地面水的流动。因此,基础地基在这个地下水压和甘特川的侵蚀作用下,每年要发生6~10 毫米位移。为了防止甘特川的侵蚀,用小的钢板桩做挡土墙,沿左岸设置长约2公里的排水管。

此外,该地区经常刮30米/秒的强风,还是地震区。对于这些不利条件,要十分注意跨中结构的稳定性。

与主跨相连的两边跨部分,各有不同方向R=200米的曲线,故桥梁的平面线形呈s形。主跨174米、两边跨各127米,这3跨的主梁由斜拉索式的棍凝土板悬吊着,其他边跨为35米~80米。

2~7墩为与主梁刚结的刚架结构,桥墩1及桥台用活动支座。1~3 桥墩固结于基岩,4~7墩的根部在桥轴方向是活动的。这就与基础地基的蠕变现象相适应,但是4、5墩设置可移动的块段,当蠕变达到15厘米左右时,拆除这个块段, 用千斤顶顶回到原来位置。

在每一个桥墩根部的活动支承内, 使用一个与50厘米的移动量相适应的新式支座。在墩4的下端设置特大支座,每个支承力为10500吨,直径2.7米;2~6墩为空心箱形截面。

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设计

设计荷载根据瑞士标准SIA160(1970),风荷载假定风速42米/秒,其风向与溪谷方向成士45度。作地震力的校核时, 横方向力是受风荷载支配的。将弹性变形、徐变、干燥收缩、温度变化等作为刚架结构的超静定力考虑。容许应力及安全率按瑞士标准SIA162(1968),以及其后的准则RL34。混凝土强度,桥台及基础用300kg/cm2级,上部结构及桥墩用400kg /cm2级。所有钢筋用Ⅲ类(46/50)。在主拉索中用Φ13mm(160 /180) 预应力钢绞线, 在横向张拉索中用Φ36mm(85/105)预应力钢筋。

甘特桥的待征是具有特异形状的斜拉预应力混凝土板,板中配置16根Φ13mm预应力钢绞线,每根直径约90毫米。这种拉索锚固在塔和梁中,用VSL工法( 译注:瑞士VSL 预应力后张法。一种适用于Φ12.4,Φ12.7,Φ15.2mm钢绞线的预应力体系。锚头上开有1~55个锥形孔,用楔片锚固钢绞线) 。斜拉预应力混凝土板内的拉索,用破坏荷载的80%进行张拉后,再用混凝土板覆盖。

这种混凝土板的使用目的,按以下考虑:

1、自重产生的弯矩小。

2、对活载产生的弯矩,因为主梁不分担,而由自重产生“ 预应力” 的桥墩承受。

3、结实的桥墩具有好的抗风稳定性。

4、由结实的板构成的斜拉预应力混凝土板用悬臂法施工非常简单,且速度快。

5、这种结构体系在施工时的稳定性高。

斜拉预应力混凝土板厚0.40米,锚固在梁的腹板,其厚度在塔附近逐渐增厚,塔处截面为1.0x0.80米。板本身按使用荷载时不产生拉应力进行设计。因为应力振幅小,疲劳强度高,可完全防腐蚀。对于跨中弯矩来说,在下桥面板中补充Φ12.4毫米预应力索,为了防止桥轴直角方向的裂缝,在厚25厘米的上桥面板内,每隔一米配置Φ36毫米部分预应力钢筋。

由于是曲线桥,设置许多横隔板以对付扭矩。

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修复养护

在2006年至2008年间,甘特桥得到了一个完整的修复养护,包括采取措施,防止在向南偏移105毫米以后进一步移动。

文=极客君

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