探討矮塔斜拉橋結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)特點(diǎn)

林　晨，郭海波

(浙江省科威工程咨詢有限公司)

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探討矮塔斜拉橋結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)特點(diǎn)

林晨，郭海波

(浙江省科威工程咨詢有限公司)

摘要：在工程建設(shè)中，設(shè)計(jì)人員需要正確認(rèn)識(shí)到矮塔斜拉橋設(shè)計(jì)過程中容易出現(xiàn)的問題，再結(jié)合本次工程中質(zhì)量控制的要求，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，保證矮塔斜拉橋設(shè)計(jì)具有可行性。

關(guān)鍵詞：矮塔斜拉橋；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1矮塔斜拉橋設(shè)計(jì)要點(diǎn)

(1)能進(jìn)一步壓縮橋梁建筑高度，進(jìn)而減少橋梁長度；(2)減小橋塔高度；(3)強(qiáng)化斜拉索抗疲勞能力。在混凝土主梁設(shè)計(jì)中，要保證斜拉橋主跨徑為(200±100)m。

在材料選擇中，主梁、墩身等采用高標(biāo)號(hào)混凝土，主梁采用C60，主塔、墩身等采用C50。在主梁梁高確定中，可以參考公路斜拉橋設(shè)計(jì)細(xì)則的相關(guān)內(nèi)容。同時(shí)要表明矮塔斜拉橋不同拉索所承擔(dān)的荷載，與普通橋梁不同的是，矮塔斜拉橋橋梁的大小與拉索用量相關(guān)，拉索數(shù)量越大，則梁高可選用的數(shù)值越小。在確定主塔墩尺寸時(shí)，需要將主塔橋面以上高度控制在主跨跨徑1/10左右，并隨著塔高的增大而增大，最終達(dá)到改善主梁受力結(jié)構(gòu)的目的。

2矮塔斜拉橋結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)分析

2.1　矮塔斜拉橋主梁設(shè)計(jì)

與其他種類橋梁相比，矮塔斜拉橋最突出的特點(diǎn)就是塔高小，這一特點(diǎn)導(dǎo)致斜拉索與主梁之間的夾角小，其所提供的豎向分力能大幅度抵消梁體所承受的豎向內(nèi)力。從客觀角度來講，主梁上所承受的壓力、彎力等均是由梁體與斜拉索共同完成的，主梁是承受彎壓力的關(guān)鍵。同時(shí)，主梁材料變截面箱梁也是一種具有良好應(yīng)用價(jià)值的設(shè)計(jì)方案，通常采用單箱三室、單箱單室等截面設(shè)計(jì)方案。

統(tǒng)計(jì)若干著名矮塔斜拉橋主梁設(shè)計(jì)參數(shù)，具體資料見表1。

表1　矮塔斜拉橋主梁設(shè)計(jì)參數(shù)

同時(shí)，日本學(xué)者山崎淳等橋梁專家采用盧與Y兩種數(shù)據(jù)對(duì)橋梁特征進(jìn)行界定，其認(rèn)為：纜索豎向剛度與主梁剛度之間的比值為

式中：si代表纜索單位張拉力伸長量豎直分量；Gmax代表特定纜線位置主梁在該方面豎向作用力的豎向位移情況。

上述公式的出現(xiàn)為矮塔斜拉橋主梁設(shè)計(jì)質(zhì)量控制提供參考數(shù)據(jù)，具備良好的應(yīng)用價(jià)值。

2.2　矮塔斜拉橋主塔設(shè)計(jì)

在矮塔斜拉橋主塔設(shè)計(jì)中需要考慮：拉索豎向分力所引起的軸向壓力、其所要承受的斜拉索拉力所引起的彎矩等，只有能充分滿足上述要求，才能保證主塔設(shè)計(jì)具有可行性。矮塔斜拉橋受力能力受到主塔、主梁等因素影響，其中，主塔的作用就是增大體外預(yù)應(yīng)力筋的力臂，確保能有效承受豎向軸分離，并通過優(yōu)化斜拉索索力改善受力結(jié)構(gòu)，避免出現(xiàn)受力損傷現(xiàn)象。

(1)設(shè)計(jì)矮塔斜拉橋高度。需要正確認(rèn)識(shí)到其與橋梁主跨跨徑之間的關(guān)系，再以此思考斜拉索索面布置形式、拉索鎖距等問題。在跨徑等數(shù)據(jù)基本相同的情況下， 塔高降低，且斜拉索傾角減少，則主梁受到的正負(fù)彎矩絕對(duì)值越大。

(2)確定縮塔錨固港式。在無特殊施工要求的情況下，可采用傳統(tǒng)的貫通式索鞍錨固方式與鋼錨箱錨固。

與貫通式索鞍錨固相比，鋼錨固箱錨固的主要方法為：鋼錨箱從常規(guī)斜拉橋斜拉索錨固引用過來。其錨固效果良好，但造價(jià)較高，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣。在設(shè)計(jì)過程中，在鞍座區(qū)設(shè)置一定數(shù)量的抗滑裝置，避免斜拉索在施工中出現(xiàn)任何位移情況，也要保證能自由的完成更換斜拉索工序。常見的鞍座結(jié)構(gòu)分為分絲管構(gòu)與雙套結(jié)構(gòu)兩種形式。其中，分絲管結(jié)構(gòu)的受力效果更好。其采用了分絲技術(shù)，由多根相互平行的鋼管組成，拉索不是整數(shù)的設(shè)置在一根鋼管中，而是分別穿過分向鋼管，相互不干涉。

2.3　矮塔斜拉橋斜拉索布置

在一般的斜拉橋設(shè)計(jì)中，主要采用沿縱方向的全橋布索方式，與之相比，矮塔斜拉橋中的中跨跨中、邊跨、塔根處不設(shè)置斜拉索。矮塔斜拉橋無索區(qū)長度是影響其力學(xué)行為的重要設(shè)計(jì)參數(shù)，從多數(shù)工程的實(shí)際情況來看，塔根部無索區(qū)長度與跨徑比值與“細(xì)則”接近，但跨中無索區(qū)長度與跨徑比值則比“細(xì)則”小。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員更是有效利用上述特點(diǎn)來達(dá)到發(fā)揮斜拉索預(yù)應(yīng)力效應(yīng)的目的。

在設(shè)計(jì)中，主要根據(jù)拉索位置將其劃分為分單索面與空間索面，按照其在橋梁縱向布置情況將其劃分為豎琴索與扇形索。目前，我國矮塔斜拉橋在設(shè)計(jì)中，主要采用扇形索形式，通過有效利用橋塔高度，強(qiáng)化拉索豎向分力情況，其主要規(guī)格為：塔上索距：(0.8±0.2)m，梁上索距(5±1)m。

2.4　矮塔斜拉橋體系設(shè)計(jì)中的敏感參數(shù)分析

以溫度為例，分析矮塔斜拉橋體系設(shè)計(jì)中的敏感參數(shù)。在橋梁施工建設(shè)來看，溫度變化會(huì)對(duì)橋梁質(zhì)量產(chǎn)生重要影響(主要指晝夜溫差與季節(jié)溫差)。為保證橋梁質(zhì)量，在設(shè)計(jì)過程中需要正確認(rèn)識(shí)到溫度變化對(duì)橋梁的影響。

從當(dāng)前矮塔斜拉橋設(shè)計(jì)施工過程來看，晝夜溫差對(duì)橋梁的質(zhì)量影響更加顯著，因此在設(shè)計(jì)過程中，需要正確處理混凝土施工質(zhì)量檢測(cè)的流程，通過加強(qiáng)對(duì)混凝土質(zhì)量的控制，降低晝夜溫差變化對(duì)結(jié)構(gòu)受力情況的影響。

3結(jié)束語

矮塔斜拉橋在我國的發(fā)展時(shí)間較短，屬于一種新型橋梁，具備外形優(yōu)美、剛力分布均勻等優(yōu)點(diǎn)，具備良好的發(fā)展空間。主要討論了矮塔斜拉橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與的相關(guān)問題，并結(jié)合設(shè)計(jì)流程，對(duì)設(shè)計(jì)階段的質(zhì)量控制工作進(jìn)行討論。在設(shè)計(jì)過程中，需要正確認(rèn)識(shí)到矮塔斜拉橋的基本結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，并結(jié)合多中設(shè)計(jì)質(zhì)量控制措施，切實(shí)解決橋梁設(shè)計(jì)中存在的問題，推動(dòng)橋梁整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)。

參考文獻(xiàn)：

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收稿日期：2015-02-08

中圖分類號(hào)：U445

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2015)08-0153-01