大跨度混合梁斜拉橋方案設(shè)計(jì)

張俊娟 穆卓輝

(1.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 楊凌 712100； 2.內(nèi)蒙古自治區(qū)交通建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督局，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

大跨度混合梁斜拉橋方案設(shè)計(jì)

張俊娟1穆卓輝2

(1.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 楊凌 712100； 2.內(nèi)蒙古自治區(qū)交通建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督局，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

按輔助墩布置、結(jié)合部位置及塔高變化進(jìn)行了4種880 m跨徑混合梁斜拉橋方案的計(jì)算，分析了各種因素對(duì)880 m混合梁斜拉橋方案的影響及變化趨勢(shì)，獲取了大跨度混合梁計(jì)算方面的重要信息，對(duì)大跨度混合梁的工作特性有了初步的了解，為將來的詳細(xì)計(jì)算提供了原始的分析數(shù)據(jù)。

斜拉橋，混合梁，輔助墩，塔高，方案

斜拉橋按加勁梁材料不同可分為鋼斜拉橋、混凝土斜拉橋和鋼—混凝土組合梁斜拉橋，后者又分為結(jié)合梁斜拉橋與混合梁斜拉橋[1，2]。

鋼箱梁斜拉橋施工進(jìn)度快，質(zhì)量可靠度高，技術(shù)成熟，但鋼箱梁價(jià)格較貴，后期養(yǎng)護(hù)量大，而且剛度差?；炷料淞盒崩瓨蚣夹g(shù)成熟，剛度及受力性能好，在跨度小于500 m時(shí)能發(fā)揮其造價(jià)低的優(yōu)勢(shì)，但施工速度慢，跨越能力小?；旌狭盒崩瓨蚓哂信c鋼主梁相同的優(yōu)點(diǎn)，還能節(jié)約鋼材用量，且其剛度及抗風(fēng)穩(wěn)定性均優(yōu)于鋼主梁。

混合梁斜拉橋加大了邊跨主梁剛度和重量，從而增加了全橋整體剛度，減少了主跨變形，而且減少和避免邊跨支點(diǎn)出現(xiàn)負(fù)反力。在600 m以上跨度時(shí)，混合梁斜拉橋具有經(jīng)濟(jì)性。自1996年汕頭巖石大橋采用混合梁斜拉橋以來[3]，在我國發(fā)展迅速，徐浦大橋、蘇通長江大橋等大跨徑橋梁均采用混合梁斜拉橋[4]。

鑒于以上比較，結(jié)合鄂東長江大橋地質(zhì)地形條件的特點(diǎn)，提出采用880 m混合梁斜拉橋方案。

1 總體設(shè)計(jì)

總體方案的確定涉及到地形地質(zhì)、氣象、通航要求、荷載標(biāo)準(zhǔn)、建筑材料、施工方法等等很多方面的考慮[5]。880 m混合梁斜拉橋方案的確定綜合考慮了上述各方面的影響。下面僅針對(duì)方案的輔助跨布置、結(jié)合部布置和塔高3個(gè)方面進(jìn)行進(jìn)一步分析比較。

1.1 輔助跨布置

邊跨架設(shè)輔助墩可以提高全橋剛度。研究顯示，設(shè)1個(gè)輔助墩時(shí)塔腳彎矩可以降低到原來的40%左右，設(shè)2個(gè)輔助墩時(shí)主梁跨中彎矩可以繼續(xù)降低10%左右，設(shè)3個(gè)及以上輔助墩時(shí)影響幅度較小，個(gè)別反而略有回升。已建混合梁斜拉橋輔助墩布置見表1。結(jié)合方案邊跨地質(zhì)地形，提出采用邊跨3個(gè)輔助墩方案。

1.2 結(jié)合部位置

由于混凝土箱梁和鋼箱梁剛度差別較大，連接部位容易出現(xiàn)應(yīng)力集中、折角等構(gòu)造上的弱點(diǎn)。因此選擇合理的結(jié)合部位置是很重要的。選擇結(jié)合部位置應(yīng)該考慮以下幾個(gè)方面：1)結(jié)合部截面位置處彎矩、剪力和軸力以及扭矩都應(yīng)該比較?。?)結(jié)合部接頭位置應(yīng)具有良好的抗疲勞性和耐久性；3)施工方便，質(zhì)量容易保證；4)錨跨長度以及結(jié)合部外形尺寸過渡比較合適。

根據(jù)已建混合梁斜拉橋結(jié)合部位置可以分為3種形式：1)結(jié)合部設(shè)置在邊跨的部分梁段；2)結(jié)合部設(shè)置在塔梁相交附近；3)結(jié)合部設(shè)置在主跨。

結(jié)合上述原則，提出采用結(jié)合部設(shè)置在邊跨部分梁段和結(jié)合部設(shè)置在塔梁相交附近兩種情況進(jìn)行比較。

1.3 橋塔高度

國內(nèi)雙塔斜拉橋塔跨比一般選用4 m～5.5 m，并使邊索與水平線夾角控制在0.25°～25°；表1列出了國內(nèi)外已建混合梁斜拉橋部分參數(shù)[4]。本橋方案采用3種塔高來進(jìn)行對(duì)比。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

表1 國內(nèi)外已建混合梁斜拉橋 m

考慮上述因素，針對(duì)880 m混合梁斜拉橋擬定了4種方案進(jìn)行比較[5,6]。

1)方案1：鋼混結(jié)合部位于邊跨，橋面下橫梁距塔頂高度約178 m。橋型方案見圖1。

2)方案2：鋼混結(jié)合部位于塔柱10 m處，橋面下橫梁距塔頂高度約178 m。橋型方案見圖2。

3)方案3：鋼混結(jié)合部位于邊跨，與方案1相同。橋面下橫梁距塔頂高度約212 m。索距與方案1相同。

4)方案4：鋼混結(jié)合部位于塔柱10 m處，與方案2 相同。橋面下橫梁距塔頂高度約212 m。索距與方案2相同。

分別計(jì)算上述4種方案主要控制部位的內(nèi)力、應(yīng)力、位移，拉索的布置、應(yīng)力幅及安全系數(shù)等[2,3]。此處僅列出方案1的計(jì)算結(jié)果，見表2～表5。

表2 承載能力極限狀態(tài)下主要控制部位內(nèi)力

表3 正常使用極限狀態(tài)下主要控制部位應(yīng)力 MPa

表4 位移 m

表5 拉索布置及計(jì)算

3 計(jì)算結(jié)果分析

針對(duì)上述4種橋型方案及計(jì)算結(jié)果，可得到如下體會(huì)：

1)塔底內(nèi)力：彎矩、剪力隨著塔高增加減小，塔底軸力則反之。同等趨勢(shì)下，結(jié)合部設(shè)置在邊跨的塔底內(nèi)力比結(jié)合部設(shè)置在塔梁相交附近的塔底內(nèi)力要小。

2)結(jié)合部混凝土梁內(nèi)力：結(jié)合部混凝土梁彎矩隨著塔高增加而增加，剪力及軸力則反之。同等趨勢(shì)下，結(jié)合部設(shè)置在邊跨的混凝土梁彎矩比結(jié)合部設(shè)置在塔梁相交附近的混凝土梁彎矩要小，而軸力及剪力趨勢(shì)相反。

3)結(jié)合部鋼箱梁內(nèi)力：結(jié)合部鋼箱梁彎矩及剪力隨著塔高增加而增加，軸力反之。同等趨勢(shì)下，結(jié)合部設(shè)置在邊跨的鋼箱梁彎矩比結(jié)合部設(shè)置在塔梁相交附近的鋼箱梁彎矩要小，而軸力及剪力反之。

4)應(yīng)力驗(yàn)算：塔底、結(jié)合部鋼箱梁和混凝土梁最大正應(yīng)力隨著塔高增加而減小。同等趨勢(shì)下，結(jié)合部設(shè)置在邊跨方案的塔底、結(jié)合部鋼箱梁最大正應(yīng)力比結(jié)合部設(shè)置在塔梁相交附近方案的塔底、結(jié)合部鋼箱梁最大正應(yīng)力要小，而結(jié)合部混凝土梁趨勢(shì)相反。

5)整體剛度：橋梁整體剛度隨著塔高增加而增加。同等趨勢(shì)下，結(jié)合部設(shè)置在邊跨方案的橋梁整體剛度和結(jié)合部設(shè)置在塔梁相交附近方案的橋梁整體剛度基本相同。

6)拉索：橋梁拉索型號(hào)隨著塔高增加可以減小。由于拉索型號(hào)改變，所以無法從應(yīng)力幅值看出各方案變化趨勢(shì)。

從以上分析可知，結(jié)合部位置選擇不同帶來了全橋受力的變化，但并未發(fā)現(xiàn)哪種方案具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)或劣勢(shì)。因此合理選擇結(jié)合部位置應(yīng)綜合考慮計(jì)算結(jié)果及施工方案。隨著塔高增加橋梁整體剛度增加，但塔高的增加帶來索塔施工難度增加，并減小了索塔的施工穩(wěn)定性，因此對(duì)索塔的高度應(yīng)綜合考慮各方面的影響來確定。

4 結(jié)語

利用橋梁專用軟件建立了4種不同布置的880 m鋼—混凝土混合梁斜拉橋方案，并對(duì)其進(jìn)行了靜力分析，獲取了大跨度混合梁計(jì)算方面的重要信息，對(duì)大跨度混合梁的工作特性有了初步的了解。文中所收集的資料和有限元分析結(jié)果是可信的、所得到的數(shù)據(jù)具有一定的準(zhǔn)確性，為將來的詳細(xì)計(jì)算提供了原始的分析數(shù)據(jù)。

[1] 劉士林，梁智濤.斜拉橋[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2] 林元培.斜拉橋[M].北京：人民交通出版社，2004.

[3] 周孟波.斜拉橋手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2004.

[4] 李亞飛.混合梁斜拉橋整體與局部計(jì)算分析[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2014.

[5] JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6] JTG D60—2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

The scheme design of large span composite beam cable-stayed bridge

Zhang Junjuan1Mu Zhuohui2

(1.YanglingVocationalandTechnicalCollege,Yangling712100,China;2.TheInnerMongoliaAutonomousRegionTrafficConstructionEngineeringQualitySupervisionBureau,Hohhot010010,China)

According to the auxiliary piers layout, integration position and tower height change made four kinds of 880 m span composite beam cable-stayed bridge scheme calculation, analyzed the influence and change trend of various factors to 880 m composite beam cable-stayed bridge scheme, obtained the important information of long span composite beam calculation, had preliminary understanding to the working characteristics of large span composite beam, provided original analysis data for future detailed calculation.

cable-stayed bridge, composite beam, auxiliary pier, tower height, scheme

1009-6825(2015)28-0156-03

2015-07-29

張俊娟(1979- )，女，碩士，講師

U448.27

A