香港青馬大橋設(shè)計(jì)創(chuàng)新

香港青馬大橋設(shè)計(jì)創(chuàng)新摘要香港青馬大橋是從香港市區(qū)通向新機(jī)場的主要橋梁。它是以公路鐵路兩用的懸索橋，連接青衣島及馬灣島。大橋主跨為1377m，于1997年完成通車。此橋是通往新機(jī)場的唯一通道，非常重要，因而規(guī)定要在各種天氣條件下都可以通行，維持各地區(qū)的交通聯(lián)系。香港的氣候條件，尤其是臺(tái)風(fēng)的發(fā)生和腐蝕性大氣，以及鐵路通往機(jī)場的要求是設(shè)計(jì)的主要影響因素。對大橋的抗風(fēng)設(shè)計(jì)、防腐性能設(shè)計(jì)提出了較高要求。由于海峽地形特殊，又加大了橋跨布置的困難。關(guān)鍵詞：橋跨布置、抗風(fēng)設(shè)計(jì)、防腐設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章橋跨布置 3\o"CurrentDocument"1.1設(shè)計(jì)思想 3\o"CurrentDocument"1.2具體布置方案 3\o"CurrentDocument"第二章橋梁截面抗風(fēng)形式的設(shè)計(jì)創(chuàng)新 5\o"CurrentDocument"2.1風(fēng)力的影響 5\o"CurrentDocument"2.2橋梁斷面抗風(fēng)設(shè)計(jì) 5\o"CurrentDocument"第三章橋身的防腐蝕設(shè)計(jì) 7\o"CurrentDocument"3.1青馬大橋箱體防腐 73.1.1車間防腐工藝要求 73.1.2組裝現(xiàn)場防腐工藝要求 83.2鋼橋面行車道防腐 8\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 10第一章橋跨布置1.1設(shè)計(jì)思想根據(jù)香港青馬大橋所在位置的地形條件差異及青衣側(cè)公路立交布置要求，設(shè)計(jì)者提出了不對稱設(shè)計(jì)思想。即中跨和馬灣一側(cè)邊跨懸吊的雙塔兩跨懸索橋構(gòu)思也是凈跨最長的公路鐵路兩用懸索橋。青馬大橋從靠大陸一側(cè)的青衣跨越馬灣島，除了馬灣塔的基礎(chǔ)以外，其它的基礎(chǔ)都是支承在堅(jiān)實(shí)基巖上的擴(kuò)大基礎(chǔ)，馬灣塔建造在離岸350m左右的一個(gè)海底大陸架附近，大約12m深的沉箱上，塔四周還建造一個(gè)防船撞擊的防護(hù)島。這個(gè)方案決定了1377m的中跨和355m的馬灣一側(cè)懸索邊跨。在青衣一側(cè)，地形陡峭，嚴(yán)重限制了新建3號高速公路線的立體交叉。由于靠岸的水很深，公路線型方案要求引道從橋塔處的主線開始分道。青衣岸邊的水深，要求橋塔建在岸上。公路立交定線妨礙了懸跨方案的采用，因此引橋由4個(gè)支承在空心鋼筋混凝土橋墩上的72m跨徑組成，并配有塔頂和錨碇之間的直線后拉索。最終完成的懸索橋?qū)⒉粌H是世界上凈跨最長的公路鐵路兩用橋*，而且也將是世界上最不對稱的懸索橋之一。1.2具體布置方案青馬大橋東面橋塔基礎(chǔ)為鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，每個(gè)塔柱基礎(chǔ)為長27m,寬19m,厚7m，基礎(chǔ)混凝土直接澆筑在7m深的巖面坑洞中，頂面與岸地面齊平，因?yàn)榻５脑颍A(chǔ)用鋼筋都涂上環(huán)氧樹脂層，以防海水。近馬灣島的橋塔基礎(chǔ)是由兩個(gè)28m長，20m寬，16m高的預(yù)制鋼筋混凝土沉箱做成。施工時(shí)，首先在水中把海床面不平石層爆破，整理后，用拖船把沉箱拖到地基處，加水下沉，令其下沉到設(shè)計(jì)高程。此處水深約10m，沉箱內(nèi)再澆筑混凝土，形成一巨大橋塔基礎(chǔ)。沉箱四周再加上石塊保護(hù)層及防波堤，形成一個(gè)人工島，以保護(hù)橋塔結(jié)構(gòu)不受來往船只撞損。其不對稱布置主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：1) 結(jié)構(gòu)形式上的不對稱。從橋梁的布局圖中我們可以看出，其青衣島側(cè)邊跨加勁梁石油橋墩支撐而不是由吊桿支撐。2) 受力形式上的不對稱。懸索橋的上部受力體系主要由加勁梁將橋面受力傳遞給吊桿，再由吊桿傳遞給主纜。而青馬大橋靠青衣島一側(cè)的邊跨加勁梁由橋墩支撐，近馬灣島一側(cè)由吊桿與主纜支撐，這就形成了受力形式上的不對稱。第二章橋梁截面抗風(fēng)形式的設(shè)計(jì)創(chuàng)新2.1風(fēng)力的影響在青馬大橋橋址,00年一遇的3秒陣風(fēng)風(fēng)速為83m/s,即時(shí)速高達(dá)300km/h。在結(jié)梅設(shè)計(jì)方面，有兩個(gè)重要問題要解決。首先，橋身結(jié)構(gòu)要盡量減少風(fēng)阻力和有足夠的抗風(fēng)能力，因而選擇最合適的結(jié)構(gòu)橫斷面是十分必要的。其次，在遇到臺(tái)風(fēng)時(shí)，橋結(jié)構(gòu)能維持動(dòng)力平衡及不產(chǎn)生顫動(dòng)和不平穩(wěn)現(xiàn)象。2.2橋梁斷面抗風(fēng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)證明，在傳統(tǒng)的箱形橋身兩旁安上像飛機(jī)翼的橋身穩(wěn)定器，可大大降低牽引力。傳統(tǒng)的吊橋設(shè)計(jì)型式，符合50m/s的最大風(fēng)速要求。在歐洲，改良后的流線型箱形橋身，其穩(wěn)定性也可達(dá)到風(fēng)速為55m/s，的要錄。但青馬大橋的設(shè)計(jì)風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)，均比上述為高。根據(jù)桁架橋的施工經(jīng)驗(yàn)，如在橋身中央加上空氣隙，由于便利空氣流通，增加了橋身的穩(wěn)定性。因此，青馬大橋的橋身設(shè)計(jì)，除采用與近年歐洲所建吊橋的流線型閉合箱形斷面外，在橋身中央上下都留有空氣隙，起通風(fēng)的作用，并在兩旁穩(wěn)定器的冀端，加上不銹鋼鑲面以減少風(fēng)阻力。風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果，確定橋身臨界頗動(dòng)速度仍超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（74ms/），但在低風(fēng)速下，由于旋渦激發(fā)的振蕩很小，對公路車及火車沒有影響。因此橋身兩旁的穩(wěn)定器可不需橋身外形符合氣體動(dòng)力穩(wěn)定性的要求。橋身為一桁架，用上層和下層橋面鋼板作為翼緣，并與縱向橋身結(jié)構(gòu)組成組合梁。橫向梁是空腹桁架，橫懸于吊索間。桁架有三個(gè)空腹，中央空腹用作機(jī)場高速載客火車運(yùn)行，兩旁之空腹各容一行車道，以作緊急行車和維修之用。橋身結(jié)構(gòu)原定分段組成，原設(shè)計(jì)為每段長18m，與吊索的縱向間距相同。橫梁的中心距為4.5m即每一段預(yù)制橋身有四根橫梁。為了避免預(yù)制橋身連接處和吊索連接處集中于一處卜和減少細(xì)部設(shè)計(jì)及施工時(shí)的困難，最后設(shè)計(jì)采用15m和21m長的預(yù)制橋身，相錯(cuò)連接。橋身平板和橫梁全用焊接連接，其他桁架則用高拉力摩阻螺栓連接。橋身為兩層。上層為公路橋，下層為公路鐵道兩用。在正常情況下，上層橋面供客貨車使用。在發(fā)生強(qiáng)風(fēng)時(shí)，即平均風(fēng)速為40~65km/h時(shí)（陣風(fēng)為60km/h）,上層橋面靠邊緣的行車道將封閉，以防發(fā)生危險(xiǎn)，屆時(shí)每方向只行兩行車道；同時(shí)高的貨車也不準(zhǔn)在上層橋面行駛，但可在下層的緊急行車道行駛。當(dāng)平均風(fēng)速增至65~90km/h時(shí)，即陣風(fēng)為12okm/h時(shí)，上層橋面將停止使用，所有車輛只能使用下層的緊急行車道。而平均風(fēng)速增加至90km/h時(shí)，即陣風(fēng)速為220km/h時(shí)，橋即封閉，除緊急搶救車輛外，其他車輛均不準(zhǔn)過橋。閉合箱式之橋身模型在風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)，箱內(nèi)即下層橋面的風(fēng)速約為橋外風(fēng)速的40%，這是上述橋梁交通管理的試驗(yàn)依據(jù)。第三章橋身的防腐蝕設(shè)計(jì)3.1青馬大橋箱體防腐青馬大橋全橋共分95個(gè)箱體結(jié)構(gòu)，整個(gè)涂裝工作分為:車間防腐和組裝現(xiàn)場防腐。青馬大橋鋼結(jié)構(gòu)重量接近6萬t,防腐面積大約在40萬m2。由于工程量巨大，因此，在當(dāng)時(shí)制作現(xiàn)場的廣東省東莞市沙田鎮(zhèn)興建了東南亞地區(qū)第一個(gè)具有全天候涂裝條件的工廠。涂層系統(tǒng)包括:熱噴金屬涂層,根據(jù)設(shè)計(jì)要求在車間施工;紅色磷酸鋅底漆,車間施工;灰色磷酸鋅底漆,車間施工;黑色環(huán)氧云母氧化鐵中間漆,車間施工;銀灰色環(huán)氧云母氧化鐵面漆,外場地組裝現(xiàn)場施工;聚胺脂面漆(根據(jù)設(shè)計(jì)需要暴露在外界之區(qū)域,外場地施工。3.1.1車間防腐工藝要求所有構(gòu)件進(jìn)入車間進(jìn)行表面處理之前,事先進(jìn)行外觀檢查,包括:表面有無油污,焊縫有無利角、毛刺、焊渣、飛濺、氣孔等。高壓淡水清洗表面油污及鹽份。清潔的壓縮空氣吹干表面的水份。⑷將工件推至打砂房進(jìn)行噴砂除銹至Sa2.5級，噴砂采用鋼砂作為磨料。噴砂結(jié)束后,檢查鋼板清潔度及粗糙度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。清除表面的砂粒及粉塵。構(gòu)件推出打砂車間，根據(jù)設(shè)計(jì)如果需要噴鋁或噴鋅則將構(gòu)件推至噴金屬車間，金屬涂層的厚度要求為175口m±50口m。當(dāng)熱噴金屬工作完成后，清除表面粉塵，將構(gòu)件推至底漆涂裝車間。熱噴金屬及現(xiàn)場焊接部位應(yīng)事先用防水膠紙進(jìn)行密封，不做涂裝。如采用磷酸鋅作

為底漆，在底漆噴涂之前，所有焊縫、邊角及不易涂裝之處應(yīng)用刷子進(jìn)行預(yù)涂。待底漆施作完畢并達(dá)到覆涂時(shí)間后，推至第二油漆涂裝車間，噴涂第二道灰色磷酸鋅底漆。待底漆固化后推至第三油漆車間施工環(huán)氧云母氧化鐵中間漆，在涂裝之前先用刷子進(jìn)行預(yù)涂。將構(gòu)件推至驗(yàn)收車間，待涂層固化后，檢查漆膜厚度，如有需要對涂層進(jìn)行修補(bǔ)。(12)驗(yàn)收發(fā)貨。3.1.2組裝現(xiàn)場防腐工藝要求對現(xiàn)場焊接部位，進(jìn)行外觀檢查，確保無焊渣、油污、飛濺、毛刺、利角、咬邊及氣孔等缺陷。用溶劑清洗焊接處。對現(xiàn)場焊接部位進(jìn)行除銹處理至Sa2.5級，并清潔干凈表面的粉塵及砂粒然后再依次補(bǔ)涂原有之涂層系統(tǒng)至環(huán)氧云母氧化鐵涂層。檢查原有已施工完的涂層系統(tǒng)是否有吊裝及焊接損傷，根據(jù)損傷程度決定修補(bǔ)方法，小面積損傷區(qū)采用電動(dòng)打磨機(jī)打磨至Sa3級，并用溶劑清潔打磨位置，然后再依次補(bǔ)回原有涂層系統(tǒng)。確保所有的修補(bǔ)工作全部完工后，用砂紙將環(huán)氧云母氧化鐵涂層表面拉毛。用高壓淡水及清潔劑清洗，將表面的灰塵、油污及其它雜物清除干凈。待表面干燥后，預(yù)涂環(huán)氧云母氧化鐵(銀灰色)后再以無氣噴涂方式施工兩道該涂層。待涂層固化后檢查、修補(bǔ)及移交驗(yàn)收。對于暴露在外界的鋼結(jié)構(gòu)件再依次施工兩道聚胺脂面漆。3.2鋼橋面行車道防腐3.2鋼橋面行車道防腐(1)當(dāng)分段拼裝工作結(jié)束后，采用高壓淡水及清潔劑并結(jié)合洗地擦，將表面的