探讨矮塔斜拉桥结构及设计特点

林　晨，郭海波

(浙江省科威工程咨询有限公司)



探讨矮塔斜拉桥结构及设计特点

林晨，郭海波

(浙江省科威工程咨询有限公司)

摘要：在工程建设中，设计人员需要正确认识到矮塔斜拉桥设计过程中容易出现的问题，再结合本次工程中质量控制的要求，不断优化设计方法，保证矮塔斜拉桥设计具有可行性。

关键词：矮塔斜拉桥；结构；设计特点

1矮塔斜拉桥设计要点

(1)能进一步压缩桥梁建筑高度，进而减少桥梁长度；(2)减小桥塔高度；(3)强化斜拉索抗疲劳能力。在混凝土主梁设计中，要保证斜拉桥主跨径为(200±100)m。

在材料选择中，主梁、墩身等采用高标号混凝土，主梁采用C60，主塔、墩身等采用C50。在主梁梁高确定中，可以参考公路斜拉桥设计细则的相关内容。同时要表明矮塔斜拉桥不同拉索所承担的荷载，与普通桥梁不同的是，矮塔斜拉桥桥梁的大小与拉索用量相关，拉索数量越大，则梁高可选用的数值越小。在确定主塔墩尺寸时，需要将主塔桥面以上高度控制在主跨跨径1/10左右，并随着塔高的增大而增大，最终达到改善主梁受力结构的目的。

2矮塔斜拉桥结构与设计分析

2.1　矮塔斜拉桥主梁设计

与其他种类桥梁相比，矮塔斜拉桥最突出的特点就是塔高小，这一特点导致斜拉索与主梁之间的夹角小，其所提供的竖向分力能大幅度抵消梁体所承受的竖向内力。从客观角度来讲，主梁上所承受的压力、弯力等均是由梁体与斜拉索共同完成的，主梁是承受弯压力的关键。同时，主梁材料变截面箱梁也是一种具有良好应用价值的设计方案，通常采用单箱三室、单箱单室等截面设计方案。

统计若干著名矮塔斜拉桥主梁设计参数，具体资料见表1。

表1　矮塔斜拉桥主梁设计参数

同时，日本学者山崎淳等桥梁专家采用卢与Y两种数据对桥梁特征进行界定，其认为：缆索竖向刚度与主梁刚度之间的比值为

式中：si代表缆索单位张拉力伸长量竖直分量；Gmax代表特定缆线位置主梁在该方面竖向作用力的竖向位移情况。

上述公式的出现为矮塔斜拉桥主梁设计质量控制提供参考数据，具备良好的应用价值。

2.2　矮塔斜拉桥主塔设计

在矮塔斜拉桥主塔设计中需要考虑：拉索竖向分力所引起的轴向压力、其所要承受的斜拉索拉力所引起的弯矩等，只有能充分满足上述要求，才能保证主塔设计具有可行性。矮塔斜拉桥受力能力受到主塔、主梁等因素影响，其中，主塔的作用就是增大体外预应力筋的力臂，确保能有效承受竖向轴分离，并通过优化斜拉索索力改善受力结构，避免出现受力损伤现象。

(1)设计矮塔斜拉桥高度。需要正确认识到其与桥梁主跨跨径之间的关系，再以此思考斜拉索索面布置形式、拉索锁距等问题。在跨径等数据基本相同的情况下， 塔高降低，且斜拉索倾角减少，则主梁受到的正负弯矩绝对值越大。

(2)确定缩塔锚固港式。在无特殊施工要求的情况下，可采用传统的贯通式索鞍锚固方式与钢锚箱锚固。

与贯通式索鞍锚固相比，钢锚固箱锚固的主要方法为：钢锚箱从常规斜拉桥斜拉索锚固引用过来。其锚固效果良好，但造价较高，难以实现大规模推广。在设计过程中，在鞍座区设置一定数量的抗滑装置，避免斜拉索在施工中出现任何位移情况，也要保证能自由的完成更换斜拉索工序。常见的鞍座结构分为分丝管构与双套结构两种形式。其中，分丝管结构的受力效果更好。其采用了分丝技术，由多根相互平行的钢管组成，拉索不是整数的设置在一根钢管中，而是分别穿过分向钢管，相互不干涉。

2.3　矮塔斜拉桥斜拉索布置

在一般的斜拉桥设计中，主要采用沿纵方向的全桥布索方式，与之相比，矮塔斜拉桥中的中跨跨中、边跨、塔根处不设置斜拉索。矮塔斜拉桥无索区长度是影响其力学行为的重要设计参数，从多数工程的实际情况来看，塔根部无索区长度与跨径比值与“细则”接近，但跨中无索区长度与跨径比值则比“细则”小。在实际设计中，设计人员更是有效利用上述特点来达到发挥斜拉索预应力效应的目的。

在设计中，主要根据拉索位置将其划分为分单索面与空间索面，按照其在桥梁纵向布置情况将其划分为竖琴索与扇形索。目前，我国矮塔斜拉桥在设计中，主要采用扇形索形式，通过有效利用桥塔高度，强化拉索竖向分力情况，其主要规格为：塔上索距：(0.8±0.2)m，梁上索距(5±1)m。

2.4　矮塔斜拉桥体系设计中的敏感参数分析

以温度为例，分析矮塔斜拉桥体系设计中的敏感参数。在桥梁施工建设来看，温度变化会对桥梁质量产生重要影响(主要指昼夜温差与季节温差)。为保证桥梁质量，在设计过程中需要正确认识到温度变化对桥梁的影响。

从当前矮塔斜拉桥设计施工过程来看，昼夜温差对桥梁的质量影响更加显著，因此在设计过程中，需要正确处理混凝土施工质量检测的流程，通过加强对混凝土质量的控制，降低昼夜温差变化对结构受力情况的影响。

3结束语

矮塔斜拉桥在我国的发展时间较短，属于一种新型桥梁，具备外形优美、刚力分布均匀等优点，具备良好的发展空间。主要讨论了矮塔斜拉桥结构设计与的相关问题，并结合设计流程，对设计阶段的质量控制工作进行讨论。在设计过程中，需要正确认识到矮塔斜拉桥的基本结构与特点，并结合多中设计质量控制措施，切实解决桥梁设计中存在的问题，推动桥梁整体结构的优化升级。

参考文献：

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收稿日期：2015-02-08

中图分类号：U445

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2015)08-0153-01