重庆东水门长江大桥

工程概况

重庆东水门长江大桥,重庆东水门长江大桥连接重庆渝中区和南岸区,位于渝中半岛朝天门地区,与千厮门嘉陵江大桥合称“两江大桥”,该桥距上游石板坡长江大桥和下游朝天门长江大桥的距离均约为3.35km。

大桥全长1124.947m,采用双层桥面,上层桥面为双向4车道公路,下层桥面为双线轨道交通,预留重庆轨道交通6号线通道。主桥设计为双塔单索面公轨两用部分斜拉桥,桥面总宽24m,跨径布置为(222.5+445+190.5)m。主梁采用钢桁架型式,标准桁高11.74m,主梁高跨比1/37.87。双塔的塔柱均设计为圆润的天梭造型,其中南塔总高172.61 m、北塔总高162.49m,桥面以上塔高96.40m,塔跨比为1/4.62。每个塔上设9对斜拉索,全桥共18对斜拉索,梁端索间距为16m。主梁跨中无索区长80m,桥塔处无索区长109m。

主桥采用半飘浮体系。主梁与桥塔、桥台之间分别设竖向抗压支座,南岸侧桥塔纵向约束,渝中侧桥塔纵向自由,两侧边跨支座纵向均为自由。

科技创新

  • 在”公路 轨道”模式的大桥中,其与千厮门嘉陵江大桥两座桥的跨度均是世界第一,而这种“双子桥”的建造方法,建成时在世界上也绝无仅有。
  • 索梁锚固形式为世界首创
  • 索塔锚吨位世界第一
  • 采用了稀索方案,全桥仅有36根斜拉索,单根拉索为139股平行钢绞线,斜拉索钢绞线约980吨,拉索吨位创世界之最
  • 主桥塔下大吨位支座采用牛腿支撑方式创世界之最

获得奖励

获得新巴渝十二景、2015年重庆市首届“十大最美桥梁”称号、2015年度全国市政金杯示范工程、2015年重庆市市政工程金杯奖、2018年第十六届中国土木工程詹天佑奖。

科技创新与新技术应用(来源

1.首次提出适用于公轨复合交通的单索面双桁片部分斜拉桥结构体系:稀疏单索面斜拉体系增强了上层桥面通透性;双主桁布置解决了密集建筑群下桥隧相连的轨道接线难题;天梭型空间曲面索塔,提升了江、城、桥的景观融合性。工程两桥同型、两位一体,既相互映衬,又独自成景。

2.研发了单索面双桁片部分斜拉桥结构体系关键构造及设计方法,包括:①研究了塔高和跨径比、主梁高跨比、无索区长度、索间距等参数对结构的影响,总结出了整体结构的受力特性与合理受力体系,其成果国际领先并纳入《公路斜拉桥设计规范》。②板桁结合加刚性横梁的上层桥面结构,实现单索面超大吨位斜拉索在双桁片主梁上的无桁吊点锚固。③首次采用开敞外置式钢锚箱、侧拉板、剪力钉和横向预应力组合受力的新型索塔锚固体系。④塔下大吨位支座创新采用牛腿支撑方式,保证了主塔的美观性。

3.研制了超大吨位钢绞线斜拉索制造、试验、架设成套技术和装备,其整束智能张拉调索系统、成桥拉索体内钢绞线单根置换技术填补国内空白。

4.提出适用于钢桥面的典型铺装材料模量取值方法。其成果纳入《公路钢桥面铺装设计与施工技术规范》,完善了钢桥面铺装设计理论,为复杂应力状态下钢桥面铺装力学分析及使用寿命评估提供依据。

5.针对结构新颖的构造,开展了施工关键技术及相关工艺研究。采用三维信息模型技术,研发了可变式液压爬模系统,解决了空间复杂曲面索塔成型及快速施工技术难题。首次获得了高强度螺栓轴力损失和焊接温度场分布规律,确定了大断面正交异性板与桁梁栓焊施工工艺。

6.首次揭示了信息融合的信源特征,提出了基于距离像相位和幅度的子空间融合算法,用于交通目标识别,大幅提高识别率和智能化程度,解决了城市桥隧集群工程安全运营的安全预警、控制诱导和应急救援问题。

7.该工程是世界上首个跨径突破400m的部分斜拉桥,具有里程碑意义。它的建成推动了世界部分斜拉桥技术的发展,提高了我国部分斜拉桥在国际上的地位和竞争力;也有力促进了重庆经济发展,产生了很好的社会、经济效益。

结构亮点

(1)独特的桥梁美学景观设计

桥梁或横跨于江河之上或坐落在城市路线,承担着重要的交通联结作用,在满足交通需要的同时,更应满足构筑物的审美要求,让桥梁所设
之处能与山河共历沧桑,能成为反映不同地域文化和传统的独特景观。东水门长江大桥地处“桥都”重庆,钢索斜拉、双塔竖立,横跨于长江之上,充分利用斜拉桥优越的跨越能力和挺拔美观的特点,制造出独特的视觉冲击力。形成大气磅礴、耸立壮阔的气势,同时利用斜拉桥的刚柔并存与邻近的朝天门大桥相呼应,相异中透出协调的统一。

“天梭”式桥塔是大桥的主要景观特色,直线钢桁架梁穿过“天梭”并用单面钢索锚拉,梁身充分体现了一维纵向空间的简约流畅之感。单面拉索及天梭的水滴状镂空充分节省了桥面空间,同时也形成了良好的三维视觉效果,保证了驾驶视野的开阔性,增加了桥梁的轻巧和立体感。天梭形桥塔通过直线和曲线的组合,并以曲线为主,空间曲面造型,获得刚柔统一的调和美。主塔采取竖琴式斜拉索,两侧钢索沿塔柱顶自上而下变角度倾斜锚固至桥面结构,与主墩索塔的“天梭”圆弧线形成强烈对比,体现兼容并蓄、时尚现代之感。

(2)结构体系

传统设计方法中,这对此类公路-轨道交通两用斜拉桥,一般会选用双索面的结构体系来提高主梁抗扭刚度。东水门大桥创造性地采用了单索面结构,前提是通过钢桁架结构提高了主梁的抗弯刚度。对于普通的斜拉桥,主梁自重基本由斜拉索承担,主梁几乎不承受由自重产生的弯矩。如果提升了主梁刚度,允许主梁承受一部分自重后,理所应当就不需要那么多的斜拉索了——于是就将斜拉桥方案变成了部分斜拉桥方案。

这里面有个重要的知识点,“部分斜拉桥”以往通常也称作“矮塔斜拉桥”,英文名称都是Extradosed bridge。但对于东水门大桥而言,桥塔并不矮,所以其并不能称为“矮塔”(一百六七十米的“矮塔”,确实不合适),完全是由于受力特点将其定为“部分斜拉桥”结构体系,体现了设计团队的高明之处。

 

 

参考文献

  1. 耿波, 王福敏, 魏思斯. 重庆东水门长江大桥设计关键技术[J]. 桥梁建设, 2017, 47(4): 90-95.
  2. 孙玉莲, 张玉平, 汲生虎, 等. 如何实现桥梁建筑景观美学与使用功能的统一——以重庆市东水门长江大桥为例[J]. 建筑与文化, 2020.

长河

高校教师,桥梁与隧道工程专业

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