雙層預(yù)應(yīng)力混凝土自錨式懸索橋設(shè)計分析

張杰

（重慶路威土木工程設(shè)計有限公司，重慶 400060）

0 引言

對于懸掛橋來講，發(fā)展歷史是非常長的，在1883年，吊橋進入了快速發(fā)展時期。近代懸索橋之所以得到良好的發(fā)展，主要表現(xiàn)在兩方面，分別是布魯克林橋的構(gòu)建，在構(gòu)建該橋的時候，不管是主攬材料還是采取的施工方式，都進行了一定的改進和創(chuàng)新，并且對近現(xiàn)代懸索橋體系進行了全面的完善。另外則是撓度理論的形成，該項理論促使懸索橋朝著輕型化趨勢邁進跨境，得到了明顯的改變，在這一階段內(nèi)，一種特殊類型的懸索橋隨之出現(xiàn)，其是自錨式懸索橋，該種類型的懸索橋產(chǎn)生的作用極高，伴隨著新時代的發(fā)展而日益完善，因此，我國對它的重視程度也是極大的，在目前的城市橋梁作業(yè)開展期間全面實施了自錨式懸索橋的設(shè)計工作，并且落實了基本的設(shè)計要點。

1 對于自錨式懸索橋特征的分析

通過相關(guān)探究來看，自錨式懸索橋本身有著諸多的特征，其中，相關(guān)的特點表現(xiàn)在多個環(huán)節(jié)上。①在主梁端部設(shè)置了主纜錨固，該項操作可以節(jié)省成本，確保讓軟土地基建設(shè)懸索橋的安全性以及穩(wěn)定性，使得錨式懸索橋設(shè)計工作得到有效的開展，造型方面也越來越簡便，這和我國城市景觀要求完全相符合。②從受力方面進行探究，自錨式懸索橋其實是索梁結(jié)構(gòu)中的一部分，將軸向力落實與主梁中，可以優(yōu)化主梁本身的受力效果，除了有利于增強經(jīng)濟性之外，還從一定程度上優(yōu)化了混凝土梁的抗裂性能。③自錨式懸索橋無重力高度。自錨式懸索橋加勁梁微分平衡方式如下：

式中：EI-加勁梁豎向抗彎強度，E表現(xiàn)為彈性模量，I是載面慣性矩；n-活載下加勁梁撓度；HP-活載下主纜水平力；Y-恒載下主纜撓度。

當前階段，從自錨式懸索橋設(shè)計工作開展情況來看，其實僅僅是受到豎向荷載作用的一項簡支梁，主攬初應(yīng)力在高度中產(chǎn)生的效果不佳，基于此，對于自錨式懸索橋高度來講，通常應(yīng)用索、梁組合體系，以上環(huán)節(jié)便是影響自錨式懸索橋跨徑的實質(zhì)性原因。除此之外，結(jié)合抗震效果探究自錨式懸索橋，由于錨固方式有了明顯的改變，結(jié)構(gòu)處于地震方面的耗能方式也隨之變化，主塔彎矩和剪力的抗震性能和地錨式懸索橋相比較來看，較低一些。

表1 國內(nèi)已經(jīng)建設(shè)的自錨式懸索橋

2 橋梁方面的設(shè)計工作

2.1 工程案例

在本文中，主要以某項工程案例為主進行詳細的探究，該項橋梁工程屬于一項混凝土自錨式懸索橋，橋面的寬度是30.5m，一共分為兩層，設(shè)計出來的方案和當?shù)仡I(lǐng)域的古建筑特點相似，上面一層為車形橋，而下面一層則是人行橋。在設(shè)計期間，主要是把橋梁和古建筑的風格融合一起，造型簡單和美觀，穩(wěn)定性高。

2.2 對主梁進行合理的設(shè)計

橋梁設(shè)計涉及兩點，分別是以上論述的車形橋和人行橋。對于車形橋來講，是以混凝土梁為主，借助橫梁橋面板將主梁連接起來，同時還需要對主梁標高進行嚴格控制。而人行橋則是應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)縱橫梁，采取吊桿進行懸吊，吊桿間距控制在6m左右，從根本上保障橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.3 主塔方面的設(shè)計

主塔在橋梁中的地位極高，其屬于一項基本的受力構(gòu)件，可以將其當成文化展示，主塔的整體高度大約為90m。首先，矩形空心截面塔柱是橋塔中一項主要的受力構(gòu)件，將塔根和承臺相互連接一起，單塔肢寬度為4.5m即可，塔柱內(nèi)部壁厚1.0m。

2.4 應(yīng)用纜吊車系統(tǒng)

目前，纜吊系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)特別多，具體包含了主纜和吊索鎖夾等。

當實施主纜中跨設(shè)計工作的過程中，必須控制好相關(guān)的比例，保持合理性。首先，多個鍍鋅高強剛絲索股相互組合形成了邊跨主纜，而且要想提升抗滑移效果，使其和標準相符合，就應(yīng)當將邊跨主纜中的兩股1695mm錨固到主索鞍中。其次，落實基本的主橋吊點距離，吊索包含了98根，對于吊索來講，必須應(yīng)用有著較強性能的鍍鋅平行鋼絲。最后，在鎖夾應(yīng)用期間，結(jié)合鑄鋼結(jié)構(gòu)，保持對合性，采用螺栓結(jié)合起來，確保強度。除此之外，全鑄式傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)適合被應(yīng)用到主索鞍內(nèi)。

2.5 下部結(jié)構(gòu)和抗震方面的設(shè)計要點

在主塔承臺中，基本的厚度是5.0m，屬于鋼筋混凝土類型的結(jié)構(gòu)。其中，主塔基礎(chǔ)施工期間，應(yīng)用多根鉆孔灌注樁和分離式橋墩，標準的截面尺寸是4.0m×2.2m。目前橋位所處領(lǐng)域有著較強的抗震設(shè)防烈度，因為特大橋是非常重要的，因此務(wù)必加強對其的抗震設(shè)計力度，引進黏滯阻尼器，把它落實于主塔和梁板內(nèi)，這樣的話，就可以符合標準的抗震需求。另外，當實施主梁邊墩操作的過程中，還必須應(yīng)用鉛芯橡膠支座，強化抗震效果。

2.6 獲取的結(jié)果

現(xiàn)階段，當進行總體靜力計算的過程中，需要制定出規(guī)范的流程，針對于以上論述的各項結(jié)構(gòu)，則是實施空間結(jié)構(gòu)模擬操作。根據(jù)下表中得出的計算分析模型來看，橋梁的穩(wěn)定性和強度良好，抗風性強，不會受到地震的影響。在計算期間，對主索鞍展開有限元方面的分析工作，借助該種類型的軟件構(gòu)建模型，然后獲取準確的數(shù)據(jù)，如圖1、圖2所示。

經(jīng)過相關(guān)分析驗算來看，混凝土強度均處于較高的狀態(tài)。

3 橋梁設(shè)計技術(shù)面臨的各項難點

在橋梁設(shè)計工作開展期間，還存在著各種各項的難點問題，這些問題是設(shè)計期間需要明確注意和預(yù)防的。具體如下所示：

圖1 計算分析模型

圖2 橫梁有限元模型

（1）對于主橋來講，屬于一項雙層預(yù)應(yīng)力混凝土自錨式懸索橋，在主梁的下部有著兩層，分別是非機動車和人行道，因此，在設(shè)計期間，應(yīng)當從主梁和纜索等方面入手，做好兩者的探究工作，掌握各項要點，將主梁的受力效果全面呈現(xiàn)出來，使其和標準要求相符合。

（2）將橋梁結(jié)構(gòu)和建筑結(jié)構(gòu)結(jié)合到一起產(chǎn)生一定的受力性能，而主塔則是兩者的基本受力體系。當進行設(shè)計的過程中，務(wù)必了解到橋梁和建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)的各項要點，合理的進行設(shè)計，以免產(chǎn)生橋塔受力不均勻現(xiàn)象，只有受力性能滿足標準要求以后，才能夠繼續(xù)實施工作，最終將具體優(yōu)勢全面體現(xiàn)出來。

（3）對于主攬矢跨比來講，比例表現(xiàn)為1：4.1，當進行設(shè)計的過程中，應(yīng)當做好索鞍方面的設(shè)計工作，明確抗滑移設(shè)計要點。

（4）將黏滯阻尼器設(shè)置與主梁和主塔之間，而鉛芯橡膠支座則是設(shè)置在主梁邊墩處，樁基設(shè)置了鋼護筒，上述措施的落實能夠強化橋的受力性能和抗震效果。

4 結(jié)語

從以上論述來看，在城市橋梁全面建設(shè)的背景下，自錨式懸索橋因為優(yōu)勢極高，性能良好，造型美觀等諸多優(yōu)勢而受到了設(shè)計人員的廣泛重視，尤其是對于景觀類自錨式懸索橋橋來講，無論是橋塔還是纜索等方面都有著極為明顯的特征，相信在未來必定有著良好的發(fā)展趨勢。