创新设计在超大跨径斜拉桥低碳建设中的应用（论文）.pdf

·120 · 桥梁建设是社会生产活动中主要耗能单元之一，在可持 续发展的背景下，低碳建设成为性能优化、安全提升等目标 之外的又一桥梁设计要求。超大跨径斜拉桥受其结构的影响， 建设过程中需要消耗大量建设材料，且对桥梁结构的合理性 及稳定性要求极高。在确保斜拉桥质量及安全的基础上，有 效降低建设能耗，实现低碳建设，成为桥梁设计的重难点。 1 工程概况 某超大跨径斜拉桥项目设计主跨 1 08 0 m ，采用七跨双塔 双索面钢梁结构，结构柱梁采用全漂浮形式，主跨所在圆弧竖 曲线为 R=36 000 m。斜拉桥桥面宽度为36 .5 m ，设 计2%的坡度， 采用双向六车道，设计时速 11 0 k m/h，桥梁结构基准期为110 年。斜拉桥结构中，主要耗材单元为主梁、拉索、索塔及其 他建设用材。本工程主梁钢材、拉索钢材、索塔混凝土及基 础混凝土单价分别依照14 000元/t、26 500 元/t、2 350 元/m 3 和2 240 元/t进行计算，采用求和法，将主梁及拉索结构耗材 的计算误差降到最低。 2 创新设计在超大跨径斜拉桥低碳建设中的应用 2.1 1??E???V c?? 2.1.1 斜拉桥设计方案 给出以下 2种主梁结构设计方案。 方案 1：使用传统的钢主梁形式，钢主梁截面为扁平流 线型，桥面宽度 36 .5 m ，主梁最小截面为 1 .742 m 2，桥面铺设 6 cm厚混凝土层。 方案 2：使用轻型组合梁形式，添加 5 .0 c m厚的超高性能 混凝土（ UHPC）层，分担主梁荷载，因此可将截面钢板厚 度从方案 1的 1 4 m m降低至 1 2 m m，轻型组合梁最小截面为 1.523 m 2，桥面铺设 4 cm厚 SMA -13磨耗层。 除主梁外，方案 1与方案 2其他结构设计方案相同，承台 及桥面上部索塔高度分别为 30 0 m 和24 0 m ，依照双向八车道 荷载进行计算。 2.1.2 2种方案耗材对比 经计算，方案 1主梁钢材用量 46 855 .5 t ，拉索用量 6 107 .8 t ，索塔用量54 251 .3 t ，基础耗材239 250 .9 m 3；方 案2 主梁钢材用量 43 005 .6 t ，主梁UHPC耗材73 822 .4 m 3，拉索用 量6 215 .1 t ，索塔用量 54 335 .7 t ，基础耗材242 096 .3 m 3。 方案2使用的 UHPC能承担一部分主梁荷载，因此在初始 建设过程中，方案 2的主梁钢材消耗更低，较方案 1降低 8 .21% 左右。另外， UHPC的力学性能优良，在自重上较钢主梁更 低，降幅在 12 .3%左右。方案 2中拉索及索塔的用量相较于方 案 1略有上升，上升幅度分别在 1 .76%和0 .16%。为进一步证 明2种方案节能降耗效果，对主梁部分造价情况进行计算。依 照前文给出的钢材单价，方案 1主梁钢材造价约在 656 ×106元， 方案2约在 602 .1×106元，差距明显。在拉索及索塔的造价上， 方案 1与方案 2差距不大。在桥面的铺装上，钢主梁结构对桥 面铺装的要求更高，其使用的环氧沥青混凝土价格较高。而 轻型组合梁中添加 UHPC，使用价格低廉的沥青混凝土进行铺 装即可，桥面造价显著降低。结合其他耗材造价，在斜拉桥 初步建设阶段，方案 2较方案 1节约成本 1 .7%。若假设桥面每 10年重新铺装，依照桥梁设计使用年限 110年进行计算，斜拉 桥全生命周期中，方案 2较方案 1可节约经济成本 10 .95亿元。 因此综合看来，方案 2较方案 1更具备低碳优势。 在本案例的基础上，继续对其他大超大跨径斜拉桥低碳 建设情况进行研究，图 1中展示了 2种主梁设计方案在不同跨 径下主梁钢材的消耗情况。可发现，当斜拉桥跨径变化范围 在 800 ~1 600 m 时，轻型组合梁的钢材消耗情况均明显低于钢 主梁。另外，钢主梁结构拉索消耗虽低于轻型组合梁结构， 但差异并不明显，进一步证明轻型组合梁设计在超大跨径斜 ［摘 要］ ??????同n1??E?双????Q/ ，化坤????r7众?? O0? ? ，???1 ?、 a ?垢 ??? x仕 h ，?? o?? 。?堵????}丁亦?E??? o??/仕? ，??同?丁亦?E??? ?? H ，7$?堵?? ?V c???#? ，?????仕N????劳 ，?从 o???兴仕???# ，b??T?? 军。 ［关键词］ 1??E?双? ；V c?? ； o?? ［中图分类号］ TU 74 bbbbb ［文献标志码］ Bbbbbb ［文章编号］ 1001–523X（2020）09–0120–02 Application of Innovative Design in Low Carbon Construction of Super -long -span Cable -stayed Bridges Liu Zhao-yin ［Abstract ］The rational application of innovative technologies to the design of ultra-long-span cable-stayed bridges is conducive to improving the structural stability and mechanical properties of cable-stayed bridges，and effectively reducing the amount of construction materials such as steel and concrete to achieve low-carbon construction. This article analyzes the application of innovative design in the low-carbon construction of super-long-span cable-stayed bridges.