矮塔斜拉桥

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范文一:矮塔斜拉桥

浅谈矮塔斜拉桥和多塔斜拉桥

矮塔斜拉桥是介于连续梁与斜拉桥之间的一种斜拉组合体系桥,具有塔矮、梁刚、索集中的特点。

矮塔斜拉桥主梁刚度较大,是主要的承重构件,斜拉索对梁起加劲、调整受力的作用,斜拉索的恒载索力占总索力(恒载索力十活载索力)的比重较斜拉桥大,斜拉索的应力变幅较小,疲劳问题不突出,因而斜拉索的容许应力可取0.6fpk,从而降低工程造价。矮塔斜拉桥与连续梁相比具有结构新颖跨越能力大、施工简单、经济等优点;与斜拉桥相比具有施工方便、节省材料、主梁刚度大等优点。使得矮塔斜拉桥具有广阔的发展空间。

矮塔斜拉桥结构特点:

1、塔高较矮。拉索倾角较小,拉索为主梁提供较大的轴向力,并且拉索尽可能密集地从塔顶鞍座上通过,锚固于主梁。一般塔高可取主跨的1/8-1/12;

2、以梁为主,索为辅,梁体高度约是同跨径梁式桥的1/2或斜拉桥的2倍,梁高与跨度之比较大,一般为1/40-1/20,并且主梁自身承受大部分荷载作用约70%斜拉索只承受30%起到帮扶作用;

3、主梁无索区段较一般斜拉桥要长,有较明显的塔旁无索区段,不设置端锚索;

4、边孔与主孔的跨度比值在0.5-0.6左右,类似连续梁;

5、为了充分利用矮塔的高度,拉索多成扇形布置且布置较集中,通常布置 在边跨、中跨跨中1/3附近。在己建成的矮塔斜拉桥中,索鞍鞍座普遍采用双套管结构,拉索应力变幅一般只有斜拉桥的1/3左右,施工过程及合拢后,基本不需要进行拉索索力调整;

6、适用跨径宜选择在100m-200m之间,如果采用组合梁或复合梁,则跨径可达300m.

7、尤其适用于多塔多跨和塔高受限制的情形,从刚度和疲劳考虑,它更适用于铁路桥或双层桥面,但采用多跨时存在较大的挠度问题。

矮塔斜拉桥的受力特点:

索塔将斜拉索索力按一定比例分配给主梁的水平和垂直方向,当主梁刚度较大时,就可以降低塔高,以节约材料,并给主梁提供较大的水平分力,以解决主梁体内预应力的不足。所以矮塔斜拉桥索塔的作用主要是通过分配斜拉索索力,从而实现对结构性能的改善。索塔对索力的分配作用不仅与自身高度有关,同时还与索力大小有关。拉索、预应力钢筋的用量和索塔塔高是相互影响的,索塔高些,拉索用量可少些,则预应力筋也可以相应少些,反之,亦然。在一定的范围内,通过索力优化调整因塔高降低对结构的负面影响,具有十分重要的意义。同

时在实际工程中,降低塔高对减小工程造价及缩短施工工期有现实意义。 矮塔斜拉桥锚固特点

通过将常规斜拉桥和矮塔斜拉桥的索塔构造进行对比分析,知两种桥型索塔均可以分为两种方式,一为拉索直接锚固在索塔上,另一种方式为拉索贯穿索塔,锚固在桥塔另一侧的主梁上。矮塔斜拉桥目前主要采用索鞍式构造,并且分丝管索鞍结构逐渐成熟。

(1)矮塔拉桥的拉索锚固型式与斜拉桥有较大差别,一般宜采用分层式鞍 座锚固,其构造分为双套管索鞍结构和分丝管索鞍结构,只有极少数矮塔斜拉 桥采用交叉式锚固。

(2)分丝管索鞍结构与双套管索鞍结构相比,很好的解决了双套管索鞍结构存在的索鞍下部与混凝土接触部应力过大、穿索困难、钢绞线相互挤压、防腐效果无法检查等问题。目前分丝管结构逐渐成熟,在矮塔斜拉桥中得到使用和推广。

(3)随着矮塔斜拉桥跨径的逐渐增大,索塔具有足够的锚固空间,钢锚箱等常规斜拉桥锚固形式逐步应用到矮塔斜拉桥索塔体系中。

矮塔斜拉桥发展趋势:

(1)高塔型矮塔斜拉桥。高塔型矮塔斜拉桥将是矮塔斜拉桥的一个发展趋势。它不仅保留了矮塔斜拉桥斜拉索的高利用率的特点,同时由于斜拉索水平倾角的增加,提高了斜拉索的竖向荷载分担率。而且还可以适当降低主梁的高度,减轻主梁自重,减少地震荷载的效应川。

(2)波形钢腹板矮塔斜拉桥。波形钢腹板不承受纵桥向的轴力,因此预应力施加的轴力全部作用在顶底板上;波形钢腹板主要承受由弯矩与扭矩产生的剪应力。与相同跨径的普通预应力箱梁相比,波形钢腹板的预应力箱梁其自重可减轻25%--30%。波形钢腹板预应力箱梁出现后很快就得到了推广应用,其中以法国与日本应用得多。

(3)钢一混凝土混合主梁矮塔斜拉桥。混合梁斜拉桥具有主跨跨越能力大、边跨预应力混凝土梁能总体上提高整座桥的刚度、减小主梁和拉索的疲劳影响、抗风性能和建筑外观得到改善以及主塔和边跨预应力混凝土梁可同时施工等一系列优点。

多塔斜拉桥是指具有3个及以上桥塔的斜拉桥。多塔斜拉桥与普通的斜拉桥相比,其最大的不同就是中塔没有边塔的端锚索,在荷载作用下,中塔会产生比较大的位移,中跨也会产生较大的挠度,使本已是柔性结构的斜拉桥变得更加柔,结构刚度问题成为设计关键。所以,在已修建的多塔斜拉桥上,都用了一定措施来提高整体的刚度,控制塔顶偏位和跨中的挠度。

多塔斜拉桥力学行为

当荷载作用于某一中间跨时,在受载孔中,主梁将产生下挠,拉索索力将增大,桥塔将产生偏向受载孔方向的变位,这使相邻孔桥跨产生上挠。在相邻孔中,另一桥塔则产生与受载孔桥塔反向的位移。由于没有边锚索控制中间塔的变位,拉索系统的作用没能充分发挥,多塔斜拉桥的整体变形只有靠主梁和桥塔的刚度来限制。

当荷载作用于相邻孔时,受载孔将下挠,桥塔则产生与前一情形反向的 变形,仍会导致整个结构变形过大,同时,还意味着结构每一构件都要承受 两个相反方向的内力,这将导致构件中较高的应力幅。

以上分析表明,多塔斜拉桥的主要问题是:怎样最有效地控制结构在活 载作用下的变形与内力?从分析中看出,控制中间塔变位是问题的关键环节。 提高多塔斜拉桥整体刚度的方法

(1)增大多塔斜拉桥主要构件的刚度

直接增大多塔斜拉桥主要构件的刚度,是提高多塔斜拉桥结构刚度的有效措施。增大主梁、桥塔或斜拉索的刚度均有利于提高结构整体刚度。

(2)设置塔间加劲索

在桥塔间设置水平加劲索或倾斜加劲索是提高多塔斜拉桥结构刚度的另一途径。但应用在多塔斜拉桥中其效果没有多塔悬索桥中好,一方面因斜拉桥刚度通常比悬索桥大,塔顶加劲索对多塔斜拉桥的加劲作用没有对悬索桥的加劲作用强;另一方面,多塔斜拉桥中的水平加劲索没有悬索桥中的美观。

(3)中间跨跨中区段布置交叉重叠索

在多塔斜拉桥的各中间跨跨中区段设置交叉重叠索,对提高结构整体刚度有一定作用,但其效果没有塔间加劲索有效,这是因为重叠索下端锚固于主梁上,而主梁刚度有限,无法有效控制中间塔塔顶纵向位移。

(4)设置边跨辅助墩

为改善斜拉桥的力学性能,常在两塔斜拉桥的边跨设置辅助墩。但多塔斜拉桥改善结构力学性能的效果没有两塔斜拉桥中显著。这是因为边跨辅助墩只对边跨、边塔及次边跨产生直接影响,对中间塔和中间跨的影响要通过次边跨来向中间跨传递,作用越接近中跨影响越小,且与传递过程中相关构件的刚度有关。但在三塔及四塔斜拉桥中,设置辅助墩对提高结构刚度仍然有相当作用,特别在三塔斜拉桥中,设置辅助墩后中塔在活载作用下的位移和内力均降低较多。在地形容许的条件下,设置边跨辅助墩有利于提高多塔斜拉桥的刚度。

(5)采用矮塔斜拉桥

由于矮塔斜拉桥桥塔矮、梁的刚度较大,对控制塔顶水平位移及梁的变位较为有利,故在中小跨径的多塔斜拉桥中,采用矮塔斜拉桥是解决多跨斜拉桥刚度问题的方法之一。需注意的是,由于矮塔斜拉桥的斜拉索对主梁的竖向提升力较同跨径的普通斜拉桥小,这使主梁高度比普通斜拉桥主梁高度大,故只有多塔斜拉桥的主跨跨径不太大时,才宜采用矮塔斜拉桥形式.从本质上看,矮塔形式的多塔斜拉桥仍是以较大的主梁刚度抵抗结构的整体变形,当然桥塔高度的降低本身也减小了桥塔的自由高度。

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浅谈矮塔斜拉桥和多塔斜拉桥

矮塔斜拉桥是介于连续梁与斜拉桥之间的一种斜拉组合体系桥,具有塔矮、梁刚、索集中的特点。

矮塔斜拉桥主梁刚度较大,是主要的承重构件,斜拉索对梁起加劲、调整受力的作用,斜拉索的恒载索力占总索力(恒载索力十活载索力)的比重较斜拉桥大,斜拉索的应力变幅较小,疲劳问题不突出,因而斜拉索的容许应力可取0.6fpk,从而降低工程造价。矮塔斜拉桥与连续梁相比具有结构新颖跨越能力大、施工简单、经济等优点;与斜拉桥相比具有施工方便、节省材料、主梁刚度大等优点。使得矮塔斜拉桥具有广阔的发展空间。

矮塔斜拉桥结构特点:

1、塔高较矮。拉索倾角较小,拉索为主梁提供较大的轴向力,并且拉索尽可能密集地从塔顶鞍座上通过,锚固于主梁。一般塔高可取主跨的1/8-1/12;

2、以梁为主,索为辅,梁体高度约是同跨径梁式桥的1/2或斜拉桥的2倍,梁高与跨度之比较大,一般为1/40-1/20,并且主梁自身承受大部分荷载作用约70%斜拉索只承受30%起到帮扶作用;

3、主梁无索区段较一般斜拉桥要长,有较明显的塔旁无索区段,不设置端锚索;

4、边孔与主孔的跨度比值在0.5-0.6左右,类似连续梁;

5、为了充分利用矮塔的高度,拉索多成扇形布置且布置较集中,通常布置 在边跨、中跨跨中1/3附近。在己建成的矮塔斜拉桥中,索鞍鞍座普遍采用双套管结构,拉索应力变幅一般只有斜拉桥的1/3左右,施工过程及合拢后,基本不需要进行拉索索力调整;

6、适用跨径宜选择在100m-200m之间,如果采用组合梁或复合梁,则跨径可达300m.

7、尤其适用于多塔多跨和塔高受限制的情形,从刚度和疲劳考虑,它更适用于铁路桥或双层桥面,但采用多跨时存在较大的挠度问题。

矮塔斜拉桥的受力特点:

索塔将斜拉索索力按一定比例分配给主梁的水平和垂直方向,当主梁刚度较大时,就可以降低塔高,以节约材料,并给主梁提供较大的水平分力,以解决主梁体内预应力的不足。所以矮塔斜拉桥索塔的作用主要是通过分配斜拉索索力,从而实现对结构性能的改善。索塔对索力的分配作用不仅与自身高度有关,同时还与索力大小有关。拉索、预应力钢筋的用量和索塔塔高是相互影响的,索塔高些,拉索用量可少些,则预应力筋也可以相应少些,反之,亦然。在一定的范围内,通过索力优化调整因塔高降低对结构的负面影响,具有十分重要的意义。同

时在实际工程中,降低塔高对减小工程造价及缩短施工工期有现实意义。 矮塔斜拉桥锚固特点

通过将常规斜拉桥和矮塔斜拉桥的索塔构造进行对比分析,知两种桥型索塔均可以分为两种方式,一为拉索直接锚固在索塔上,另一种方式为拉索贯穿索塔,锚固在桥塔另一侧的主梁上。矮塔斜拉桥目前主要采用索鞍式构造,并且分丝管索鞍结构逐渐成熟。

(1)矮塔拉桥的拉索锚固型式与斜拉桥有较大差别,一般宜采用分层式鞍 座锚固,其构造分为双套管索鞍结构和分丝管索鞍结构,只有极少数矮塔斜拉 桥采用交叉式锚固。

(2)分丝管索鞍结构与双套管索鞍结构相比,很好的解决了双套管索鞍结构存在的索鞍下部与混凝土接触部应力过大、穿索困难、钢绞线相互挤压、防腐效果无法检查等问题。目前分丝管结构逐渐成熟,在矮塔斜拉桥中得到使用和推广。

(3)随着矮塔斜拉桥跨径的逐渐增大,索塔具有足够的锚固空间,钢锚箱等常规斜拉桥锚固形式逐步应用到矮塔斜拉桥索塔体系中。

矮塔斜拉桥发展趋势:

(1)高塔型矮塔斜拉桥。高塔型矮塔斜拉桥将是矮塔斜拉桥的一个发展趋势。它不仅保留了矮塔斜拉桥斜拉索的高利用率的特点,同时由于斜拉索水平倾角的增加,提高了斜拉索的竖向荷载分担率。而且还可以适当降低主梁的高度,减轻主梁自重,减少地震荷载的效应川。

(2)波形钢腹板矮塔斜拉桥。波形钢腹板不承受纵桥向的轴力,因此预应力施加的轴力全部作用在顶底板上;波形钢腹板主要承受由弯矩与扭矩产生的剪应力。与相同跨径的普通预应力箱梁相比,波形钢腹板的预应力箱梁其自重可减轻25%--30%。波形钢腹板预应力箱梁出现后很快就得到了推广应用,其中以法国与日本应用得多。

(3)钢一混凝土混合主梁矮塔斜拉桥。混合梁斜拉桥具有主跨跨越能力大、边跨预应力混凝土梁能总体上提高整座桥的刚度、减小主梁和拉索的疲劳影响、抗风性能和建筑外观得到改善以及主塔和边跨预应力混凝土梁可同时施工等一系列优点。

多塔斜拉桥是指具有3个及以上桥塔的斜拉桥。多塔斜拉桥与普通的斜拉桥相比,其最大的不同就是中塔没有边塔的端锚索,在荷载作用下,中塔会产生比较大的位移,中跨也会产生较大的挠度,使本已是柔性结构的斜拉桥变得更加柔,结构刚度问题成为设计关键。所以,在已修建的多塔斜拉桥上,都用了一定措施来提高整体的刚度,控制塔顶偏位和跨中的挠度。

多塔斜拉桥力学行为

当荷载作用于某一中间跨时,在受载孔中,主梁将产生下挠,拉索索力将增大,桥塔将产生偏向受载孔方向的变位,这使相邻孔桥跨产生上挠。在相邻孔中,另一桥塔则产生与受载孔桥塔反向的位移。由于没有边锚索控制中间塔的变位,拉索系统的作用没能充分发挥,多塔斜拉桥的整体变形只有靠主梁和桥塔的刚度来限制。

当荷载作用于相邻孔时,受载孔将下挠,桥塔则产生与前一情形反向的 变形,仍会导致整个结构变形过大,同时,还意味着结构每一构件都要承受 两个相反方向的内力,这将导致构件中较高的应力幅。

以上分析表明,多塔斜拉桥的主要问题是:怎样最有效地控制结构在活 载作用下的变形与内力?从分析中看出,控制中间塔变位是问题的关键环节。 提高多塔斜拉桥整体刚度的方法

(1)增大多塔斜拉桥主要构件的刚度

直接增大多塔斜拉桥主要构件的刚度,是提高多塔斜拉桥结构刚度的有效措施。增大主梁、桥塔或斜拉索的刚度均有利于提高结构整体刚度。

(2)设置塔间加劲索

在桥塔间设置水平加劲索或倾斜加劲索是提高多塔斜拉桥结构刚度的另一途径。但应用在多塔斜拉桥中其效果没有多塔悬索桥中好,一方面因斜拉桥刚度通常比悬索桥大,塔顶加劲索对多塔斜拉桥的加劲作用没有对悬索桥的加劲作用强;另一方面,多塔斜拉桥中的水平加劲索没有悬索桥中的美观。

(3)中间跨跨中区段布置交叉重叠索

在多塔斜拉桥的各中间跨跨中区段设置交叉重叠索,对提高结构整体刚度有一定作用,但其效果没有塔间加劲索有效,这是因为重叠索下端锚固于主梁上,而主梁刚度有限,无法有效控制中间塔塔顶纵向位移。

(4)设置边跨辅助墩

为改善斜拉桥的力学性能,常在两塔斜拉桥的边跨设置辅助墩。但多塔斜拉桥改善结构力学性能的效果没有两塔斜拉桥中显著。这是因为边跨辅助墩只对边跨、边塔及次边跨产生直接影响,对中间塔和中间跨的影响要通过次边跨来向中间跨传递,作用越接近中跨影响越小,且与传递过程中相关构件的刚度有关。但在三塔及四塔斜拉桥中,设置辅助墩对提高结构刚度仍然有相当作用,特别在三塔斜拉桥中,设置辅助墩后中塔在活载作用下的位移和内力均降低较多。在地形容许的条件下,设置边跨辅助墩有利于提高多塔斜拉桥的刚度。

(5)采用矮塔斜拉桥

由于矮塔斜拉桥桥塔矮、梁的刚度较大,对控制塔顶水平位移及梁的变位较为有利,故在中小跨径的多塔斜拉桥中,采用矮塔斜拉桥是解决多跨斜拉桥刚度问题的方法之一。需注意的是,由于矮塔斜拉桥的斜拉索对主梁的竖向提升力较同跨径的普通斜拉桥小,这使主梁高度比普通斜拉桥主梁高度大,故只有多塔斜拉桥的主跨跨径不太大时,才宜采用矮塔斜拉桥形式.从本质上看,矮塔形式的多塔斜拉桥仍是以较大的主梁刚度抵抗结构的整体变形,当然桥塔高度的降低本身也减小了桥塔的自由高度。

范文二:矮塔斜拉桥浅谈

公路交通科技应用技术版

矮塔斜拉桥浅谈

李新杰

(山西省交通基本建设工程质量监督站,山西

太原

)030006

摘要:近年来,在预应力混凝土梁桥与斜拉桥之间出现了一种新的桥梁结构形式———矮塔斜拉桥,也称部分斜

拉桥,在日本、菲律宾、瑞士、韩国及我国得以应用,尤其是日本大量的建造矮塔斜拉桥,使这种桥型得以发展起来。文章首先回顾矮塔斜拉桥的发展历程,然后简要介绍这种桥型的受力特点及构造,并与梁桥与斜拉桥构造进行对比,总结结构参数的取值范围,通过与梁桥与斜拉桥的相关参数比较,更直观的反映这种桥型设计时要注意的问题。

关键词:矮塔斜拉桥;受力特点;构造;参数中图分类号:U448.27

文献标识码:B

通常在中小跨径桥梁中主要采用预应力混凝土梁桥,大跨度桥梁主要考虑斜拉桥和悬索桥。近年来,在预应力混凝土梁桥与斜拉桥之间出现了一种新的桥梁结构形式———矮塔斜拉桥(也称部分斜拉桥),并在日本、菲律宾、瑞士、韩国及我国得以应用,尤其是日本大量的建造矮塔斜拉桥,使这种桥型得以发展起来。在我国,矮塔斜拉桥将成为中小跨径桥梁中的主流桥型之一。本文首先简要的介绍矮塔斜拉桥的发展历程,然后,给出部分矮塔斜拉桥的设计参数,通过与梁桥与斜拉桥的相关参数比较,更直观的反映这种桥型设计时要注意的问题。

第一座真正意义上的矮塔斜拉桥[4]。目前,我国已建和在建的有10余座,其中在山西有2座。

实际上,关于这种桥型的名称在国内外至今未能得到统一。桥梁专家严国敏认为这种桥型受力特性介于斜拉桥和连续梁之间,桥的刚度主要由梁体提供,斜拉索起到体外预应力的作用,相当部分的荷载由梁的受弯、受剪来承受,因此称之为部分斜拉桥[5];王伯惠、顾安邦等学者认为应称之为矮塔斜拉桥[6]。此外,关于矮塔斜拉桥的界定也是学者关心的问题。

2矮塔斜拉桥的力学特征

矮塔斜拉桥是组合体系桥梁,是介于斜拉桥和梁式桥之间的一种桥型,表1列出我国和日本已建和在建的部分矮塔斜拉桥,由表1给出的矮塔斜拉桥的设计参数与梁桥和斜拉桥设计参数的比较,见表2。结构体系可选用塔梁固结、梁底设支座;塔梁分离、塔墩固结;塔梁墩固结的形式。如果跨径不大,可选用第一种形式,这样可以降低塔底弯矩,塔两侧索力差小,结构整体刚度小的特点;第三种形式类似于连续刚构桥,适合于跨径稍大的情况,由于塔梁墩固结,在墩底和塔底都将产生较大的弯矩,并且塔两侧索力差较大,整体刚度稍大。

从总体上说,连续梁是以梁的受弯、受剪来承受竖向荷载,斜拉桥是以梁的受压和索的受拉来承受竖向荷载,而矮塔斜拉桥是以梁的受弯、受压和索的受拉共同承受竖向荷载,与梁桥和斜拉桥相比,矮塔斜拉桥主梁的受力行为发生了变化,因此研究梁的受力行为是研究

1矮塔斜拉桥的发展概况

矮塔斜拉桥是1988年法国工程师JacguesMathivat在设计位于法国西南的阿勒特・达雷高架桥的比较方案时提出的,并将之命名为“Extra-dosedPCbridge”,直

[1,2]

译为“超剂量预应力混凝土桥梁”。1990年德国的

AntonieNaama提出了一种组合体外预应力索桥,体外索的一部分伸出主梁,锚固在墩顶处主梁的刚柱上,这种体系与JMathivat的方案十分相似。日本第一座矮塔斜拉桥是1994年建成的小田原港桥,不到10年的时间里,日本已经建成的矮塔斜拉桥有20多座,桥梁跨度从初期的122m发展至275m,桥宽从13m发展到33m。如果从正式建造来判定,可以说矮塔斜拉桥起源于日本。我国第一座矮塔斜拉桥是2000年9月建成通车的芜湖长江大桥,主跨312m,主梁采用钢桁梁[3]。关于我国第一座矮塔斜拉桥也有资料说,漳州战备大桥是我国

作者简介:李新杰(1964-),男,山西平遥人,高级工程师,从事公路质量监督工作。

GONGLUJIAOTONGKEJIYINGYONGJISHUBAN

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这种桥型的本质。矮塔斜拉桥主梁截面形式更接近于连续梁,大部分连续梁采用的截面形式都可用于矮塔斜拉桥,其高度可采用变截面或等高。若是变截面,梁高约为连续梁的一半;若梁高不变时,梁高和跨度之比采用

弯矩,梁内需配置较多的预应力,为了充分发挥斜拉索的作用,还要对梁体提供较大的轴向压力,斜拉索的倾角宜较小,因此塔高较小,由日本矮塔斜拉桥的设计资料,塔高一般为主跨的1/8~1/12,相当于斜拉桥塔高的

1/35~1/45。

矮塔斜拉桥的斜拉索只承担部分荷载,而非全部,从受力特征上看,斜拉索更接近预应力混凝土梁桥的体外索。在构造特征上,矮塔斜拉桥与塔的锚固形式多采用鞍座式,即斜拉索在塔顶连续通过。斜拉索具有主梁体外索的特征,索对梁提供竖向分力的同时,也对梁提供较大的轴压力,使梁能承受弯矩。斜拉索在梁上宜布置在边跨中及1/3中跨附近,斜拉索在梁上的索距约为

1/2~1/3。与日本相比,我国设计的矮塔斜拉桥的塔高相对要高一些。

矮塔斜拉桥与斜拉桥结构之间的界定是许多学者探讨的问题。从目前研究的情况来看,界定这种桥型的一个指标有索梁荷载比、塔梁刚度比,还有综合考虑塔高、索截面、主梁抗弯刚度的特征参数和斜拉索荷载效应影响度[7]。当斜拉索的竖向荷载承担率超过30%,或斜拉索在活载作用下的应力变幅超过50MPa,既进入斜拉桥的范畴,其标志为斜索的容许应力取值的不同。文献[6]提出索梁荷载比为40%是界定矮塔斜拉桥和斜拉桥的分界点,并且矮塔斜拉桥索的应力变幅在主要组合下不超过80MPa。可见,矮塔斜拉桥的界定也是值得探讨

3~5m,以适应受力及施工要求,主、边跨的索应对称于塔布置。

塔高度的变化,影响着索、梁受力协作关系,这是矮塔斜拉桥的重要特征之一。矮塔斜拉桥由于梁受较大

表1部分矮塔斜拉桥设计参数

桥名日本小田原港桥日本屋代南桥日本屋代北桥日本冲原大桥日本蟹泽大桥日本木曾川桥日本深浦大桥芜湖长江大桥银湖大桥常州运河桥小西湖黄河大桥

跨度/m

边跨与主跨比

桥面以上塔高

塔高与主跨比主梁顶宽和高度/m

备注

74+122+7465+2×105+6555+90+5565.4+180+76.499.3+180+99.3160+3×275+16062.1+90+66+45+29.1

180+312+180

80+8070.2+120+70.282+136+82

0.600.600.610.420.550.580.320.581.000.5850.60

10.712.0010.0016.0022.130.009.135.0030.2531.017

1/11.51/8.71/9.01/11.251/8.571/9.21/9.891/8.91/2.641/3.871/8

高2.2 ̄3.0高2.5高2.5高3.0 ̄5.5高3.0 ̄6.0高4.3 ̄4.7高2.5 ̄3.0高14顶宽27

高2.4 ̄3.8

1994年建成1995年建成1995年建成1998年建成1998年建成2001年建成2002年建成2000年建成2002年建成2003年建成

顶宽27.5高2.6 ̄4.5顶宽30高2.41 ̄4.21顶宽27高2.4 ̄3.8高3.0顶宽20高3.5 ̄7.5

塔梁固结,梁墩分离2003年建成塔墩梁固结

湛河一桥88+720.8222.71/3.87

2005年建成塔梁固结,梁墩分离

漳州战备大桥北京五环石景山南站

高架桥惠青黄河公路大桥荷麻溪特大桥长兴港大桥

80.8+132+80.80.6116.501/8.0

45+65+95+40133+220+133

23039+88+38.9

0.420.60

3730

1/2.571/7.3

在建在建

0.4412.451/7.1

顶宽32高2.2 ̄3.2顶宽26m高2.4 ̄4.2m顶宽26m高2.2 ̄4.5

塔梁固结,墩梁分离塔梁固结,墩梁分离在建塔墩梁固结

离石高架桥85+135+850.6318.01/7.5

汾河桥90+150+900.6028.9711/5.18

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表2与预应力混凝土梁式桥和斜拉桥对比

桥型连续梁桥

梁式桥

连续刚构桥

边跨与中跨比

主梁高度与跨径比根部:1/16~1/20跨中:(1/1.5~1/2.5)H支

根部:1/16~1/20跨中:(1/2.5~1/3.5)H支

独塔:0.3~0.45双塔:0.18~0.25塔高与跨径比

在主梁上的索距/m

0.6~0.80.55~0.58双孔:0.8~0.9

斜拉桥

三孔:0.25~0.50大于三孔0.40双孔:0.8~1.0

1/50~1/1004~12

根部:1/30~1/42跨中:(1/1.2~1/2.0)H支

等高时:1/35~1/45

矮塔斜拉桥

三孔:0.55~0.63大于三孔:0.32~0.6

我国:1/3~1/8日本:1/8~1/12

53~

的问题。对于一般的斜拉桥索的容许应力取0.4Rb,安全系数2.5;如果为矮塔斜拉桥范畴,其容许应力取值则与预应力混凝土梁桥相同0.6Rb,安全系数1.67,在这一点上,国内学者已达成共识[2]。

验的不断借鉴和积累,相信在今后我国大规模的桥梁建设中,将会有更多更美的矮塔斜拉桥屹立于大江大河之上。

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3结语

矮塔斜拉桥是近期桥梁向轻型化、复合化发展的过程中出现的介于预应力混凝土梁桥与斜拉桥之间的过渡桥型,它的特点是塔矮、梁刚、索集中布置。与梁桥相比,这种桥型造型美观,结构的表现内容丰富,而且具有良好的经济指标,越来越显示出巨大的发展潜力。矮塔斜拉桥的跨径在100~300m之间,若采用主梁采用混凝土与钢的混合结构,跨径可增加到400m。国内外已建和在建矮塔斜拉桥约40余座,可见这种桥型在世界上已经得到广泛认同与应用,在日本,矮塔斜拉桥作为中、大跨径桥梁中的主流桥型被广泛采用。通过设计经

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

(上接第126页)

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GONGLUJIAOTONGKEJIYINGYONGJISHUBAN

129

范文三:矮塔斜拉桥概述

矮塔斜拉桥概述

1.1 矮塔斜拉桥的定义和特点

矮塔斜拉桥为近20年来出现的一种新桥型,瑞士、日本、韩国等一些国家这几年修建了多座这种桥梁。由于它优越的结构性能,良好的经济指标,越来越显示出巨大的发展潜力。我国在这种桥型上起步稍晚,

大桥,是国内第一座真正意义上的矮塔斜拉桥。

对于这种桥型的称谓尚未统一。

桥,初看起来象斜拉桥,

是一座公路桥,日本桥梁界没有把它称为斜拉桥,而是沿用了法国工程师年提出的名称

简称EPC桥。实际上屋代南、北桥与小田原港桥其结构体系非常相似,同样可以称为EPC

的,也有称为

1995年我国著名桥梁专家严国敏先生首次把它定义为

在结构性能上,

剪来承受。“

型塔高较矮的特点,又把这种桥型定义为矮塔斜拉桥。

矮塔斜拉桥的受力是以梁为主,

之间,大约是同跨径梁式桥的

特殊情况采用等截面。

矮塔斜拉桥的桥塔一般采用实心截面。

刚度大,一般不考虑失稳问题。

中部和边孔端部的无索区段之外,

度比值较之斜拉桥要大。一般斜拉桥边孔与主孔的跨度比值一般小于在0.4左右,而矮塔斜拉桥与一般连续梁

力,边孔与主孔的跨度之比一般会大于

为了充分利用部分的高度,

塔顶索鞍的作用如同体外预应力索的转向点,

动。在建成的矮塔斜拉桥中,

凝土塔内,内套管套在外钢管中,

头顶紧内管口,阻止内管滑移。斜拉索在梁上宜布置在边跨中及

外,矮塔斜拉桥由于塔较矮,2001年建成的漳州战备 日本的屋代南桥与屋代北桥为两座轻载铁路因而日本的桥梁界对其笼统地称为斜拉桥。Extra-dosed Prestressing Concrete Bridge,即超配量体外索在美国,这种桥有称为“Extra-dosed Prestressing Concrete Bridge”-dosed Cable-stayed Bridge”的。国内的称谓也一直存在争论,“部分斜拉桥”。其含义是:还有相当部分的荷载由梁的受弯、”即源于斜拉索的斜拉程度。后来国内一些文章根据这种桥 索为辅,所以梁体高度介于梁式桥与斜拉桥1/2倍或斜拉桥的2倍。截面一般采用变截面形式, 塔高为主跨的1/8~1/12,由于桥塔矮,梁上无索区较之一般斜拉桥要长,而且除了主孔还有较明显的塔旁无索区段。边孔与主孔的跨(刚构)桥相似,为避免端支点出现负反0.5,较合理的比值在0.6左右。拉索多成扇形布置,拉索尽量向塔上部集中通过。斜拉索在转向点一般被固定而无滑索鞍鞍座普遍采用双套管结构,即外钢管埋设于混斜拉索穿过内钢管,在两侧出口处设置抗滑锚1/3塔顶水平位移不会很大,因此没有斜拉桥的特征构1988PC桥,受0.5,多数 小田原港桥—桥。“Extra斜拉索仅仅分担部分荷载,部分斜拉中跨处。此

件一端锚索。同时在拉索用量上,由于矮塔斜拉桥以梁受力为主,索只起辅助作用,而且索的安全系数采用较低,因此,其斜拉索的用量明显比一般斜拉桥要少许多。

矮塔斜拉桥结构体系主要有塔梁固结、梁底设支座;塔墩固结、塔梁分离;塔梁墩固结三种形式。主梁和塔具有较大的刚度,容易设计成多塔桥梁。斜拉索可锚固于塔上,也可以索鞍形式通过桥塔。

矮塔斜拉桥是介于连续梁(刚构)桥与斜拉桥之间的一种新型桥梁。因此它的受力特点与这两种桥型既有联系,又有区别。

受弯、受剪来承受竖向荷载,斜拉桥是以梁的受压和索的受拉来承受竖向荷载,因此三者的最大差别在于梁的受力行为不同。

桥的本质。

图1-1 三跨连续梁结构示意图及其弯矩示意图

图1-2 七跨连续梁结构示意图及其弯矩示意图

图1-3 矮塔斜拉桥结构示意图及其弯矩示意图

图1-4 多跨连续梁结构示意图及其弯矩示意图

从总体上说,连续梁是以梁的直接研究梁的受力行为是研究矮塔斜拉

图1-5 斜拉桥结构示意图及其弯矩示意图

由图1-1可知,跨中弯矩及中间支座的负弯矩较大,而轴力为零。我们知道,同跨径的简支梁和连续梁比较,连续梁的跨中弯矩要比简支梁小的多,所以若要使梁体所受弯矩减小,最有效的办法是减小梁的跨度,即增加支点。图1-2就是在图1-1的三跨连续梁中增加4个支点,把三跨连续梁变成七跨连续梁,有图可见,梁体弯矩大大的降低。若所增加的4个支点用斜拉索来替代,把单根较大的索分成若干较小的索布置在附近,则形成矮塔斜拉桥,如图1-3为了进一步减小梁的弯矩,可继续增加支点,减小梁的跨度,当支点增加至一定数量时,则梁的弯矩相当小,到如图

1-5所示:

由图

逐渐减小,而轴力却逐渐增加。

一般认为,

力变化幅超过

全系数取

其拉索的应力采用体外预应力索的容许应力,取

1.67。此外,矮塔斜拉桥因为桥梁的刚度相对较大,因此没有斜拉索的主要特征构件—尾索。

土开裂后钢筋的作用,承担拉力,主梁这时就是截面受压区,但同梁桥相比,其自重小。跨径大;同斜拉桥相比,拉索较少,水平分力就较小,从而使得主梁的轴向力也就相对较小。

综上矮塔斜拉桥具有以下鲜明的特点

(1)、美学景观特征:矮塔斜拉桥主梁高度是连续梁的

柔美的美学效果,

构不协调的弊端。桥塔和斜拉桥的设置使其具有斜拉桥宏伟、壮观的感觉。

(2)

等不同的结构形式。单跨径在

的刚度不足和各跨相互影响的弊端,

径和总桥长设计方面均有较大的选择空间。

(3)

法施工。

施工也没有斜拉桥桥塔施工复杂。

(4)

造价与连续梁桥基本持平,低于一般斜拉桥造价,具有可观的经济效益。1-4所示,此时,把支承用斜拉索来代替形成斜拉桥,如图 1-1~1-5可以看出,从连续梁、矮塔斜拉桥到斜拉桥,主梁承受的弯矩当斜拉桥的竖向荷载承担率超过50MPa,即进入斜拉桥范围,斜拉索应力取2.5而在矮塔斜拉桥中,拉索应力幅比一般斜拉桥中的应力幅小。因此从桥梁的角度来看。 克服了连续梁桥主梁高度过大带来的压迫感和桥梁上、 矮塔斜拉桥其拉索相当于连续梁负弯矩区混凝100~300m发挥了多跨连续梁桥的优点, 30%0.61】: 由于矮塔斜拉桥桥塔较矮,0.4倍的极限应力,安1/2左右,具有纤细、下部结 无论在单孔跨桥塔 或斜拉索在活载作用下的应倍的极限应力,安全系数为【、跨径布置灵活:矮塔斜拉桥可设计成单塔双跨、双塔三跨和多塔多跨范围内为宜,克服了多塔斜拉桥做带来、施工简便:矮塔斜拉桥的施工方法与连续梁桥基本相同,可采用悬浇施工中不必进行斜拉索二次索力调整。、经济性好:通过国内外以建成的矮塔斜拉桥吵架分析,该桥型每延米

1.2 矮塔斜拉桥的设计分析

1.2.1 矮塔斜拉桥的总体布置及适用跨径

根据国内外目前已建矮塔斜拉桥跨径比例分析,由于矮塔斜拉桥刚度比斜拉桥大,接近于连续梁,其边、中跨比值常采用0.52~0.65。在特殊情况下,边、中跨比值亦可小于0.5,这时,边跨需采取措施,解决负反力问题。矮塔斜拉桥由于其主梁要承受相当大的弯矩,主梁截面形式与斜拉桥有很大不同,而更接近于连续梁。一般情况下,大部分连续梁采用的截面形式都能适用于矮塔斜拉桥,但矮塔斜拉桥更适宜采用变高度截面。

一半左右。在特殊情况下,主梁亦可采用等高度,此时梁高与跨度之比可采用1/35~1/45

矮塔斜拉桥的适用跨径由其特性决定,一般适用跨径宜在

若主梁采用钢与混凝土混合结构,跨径有望突破

力混凝土建造,能就地取材、工业化施工、耐久性好、适用性强、整体性好且美观,这种桥型在设计理论及施工技术上都发展得比较成熟。

重大(约占全部设计荷载的

增大,大大限制了其跨度能力。

二桥北汊桥

如何、将来如何更换等一系列问题有待研究和解决。

1.2.2 矮塔斜拉桥的结构体系

结构体系可选用塔梁固结、梁底设支座;塔墩固结、塔梁分离;塔梁墩固结的3种形式。

至于过大,

塔墩固结、

矩较大,塔两侧索差较大,

用于跨度稍大,

二种形式。

进行桥梁设计时,应对结构体系的选择作慎重考虑,选择最合适的形式。

1.2.3 矮塔斜拉桥设计分析方法

矮塔斜拉桥在构造及受力特征上与斜拉桥和连续梁桥尚有一定的差异,行其结构分析时要注意以下几点

(1) 结构分析要选用合理的计算图式,考虑施工过程中结构的逐步形成和体其塔墩处梁高可采用相同跨度连续梁高的30%至60%还有大跨径连续箱梁要采用大吨位支座,变截面连续箱梁,盆式橡胶支座吨位大。这种大吨位支座性能 塔梁固结、梁底设支座形式适用于跨度不太大的桥梁,塔两侧索力差较小,结构的整体刚度较第一种形式大。墩高较大的桥梁,结构体系类似于连续刚构, 【2】: 100~300m之间,400m。虽然连续梁桥采用预应但由于结构本身的自如南京 支座吨位不结构的整体刚度较小。它的特点是桥墩弯塔梁墩固结形式适它的特点接近于第 在进。在选择主梁截面形式时,需注意斜拉索的布置及锚固要求。),且跨度越大其自重所占的比值更显著165m它的特点是塔根弯矩较小,塔梁分离形式适用于跨度稍大,墩高较矮的桥梁,

系转换、临时支承的设置和卸除,以及结构各部分的强度增长,合理估计主梁架设各阶段的施工荷载。直线桥的施工控制计算一般采用平面分析,必要时采用三维空间分析。

(2) 斜拉桥施工时因恒载引起的内力与变形与施工方法有很大关系,主梁施工时的施工计算荷载除恒载人群、施工机具等施工荷载外,还需考虑预应力、斜拉索的张拉力等。

(3) 针对各施工阶段的实际情况建立正确的计算模型,单元类型采用拉索单元、梁单元、3D实体单元、板壳单元和边界单元等。

(4) 当斜索的竖向荷载承担率超过30%,或斜索在活载作用下的应力变幅超过50MPa,即进入斜拉桥的范畴,其标志为斜索的容许应力取值的不同。看作斜拉桥的斜索,其容许应力取0.4fpk,安全系数为2.5;而没有超过界限的矮塔斜拉桥容许应力取值则与PC梁桥相同为0.6fpk,安全系数为1.67。

(5) 预应力混凝土斜拉桥施工中各工况受力状态达不到设计要求的重要原因,是有限元计算模型中的计算参数取值(主要为混凝上的弹性模量、材料的相对密度、混凝土收缩徐变系数、构件重量、施工中温度变化以及施工临时荷载条件等)与施工中的实际情况有一定的偏差。斜拉桥的这种偏差具有累积性,因此,要根据施工实测结果予以修正以使计算模型和计算参数符合结构的实际情况。

1.3 矮塔斜拉桥的发展概况

矮塔斜拉桥是介于梁桥与传统斜拉桥之间的一种新型桥梁结构。普遍认为,由Christian Menn设计的建于1981年的甘特(Ganter)大桥,是矮塔斜拉桥的雏形,其混凝土箱形梁由预应力混凝土斜拉板“悬挂”在非常矮的塔上,这种板可以看成是一种刚性的斜拉索。该桥的出现形成了斜拉桥的一个分支——板拉桥。

大桥为其后矮塔斜拉桥的出现奠定了基础。Ganter大桥之后,又有墨西哥的帕帕加约(Papagayo)大桥、美国德克萨斯州的巴顿河(Bar-don Greek)大桥及葡萄牙的索科雷多斯(Socomidos)大桥等相继建成。

图1-6 瑞士的甘特桥 Ganter

1988年法国工程师J.Mathivate在设计位于法国西南的阿勒特·达雷高架桥时提出了一个替代方案,命名为“Extra-dosed PC bridge",直译为“超剂量预应力混凝土桥梁”。该方案的设计包括与桥梁上部结构固结的低塔,跨度为100m的预应力混凝土等截面箱梁。穿过部分上鞍座的体外索除了像传统的预应力对梁提供压力外,更主要地是对梁产生竖直提升力并减小梁的等效自重。1990年,德国的Atonie Naaman提出了一种组合体外预应力索桥,体外索的一部分伸出主梁之上,锚固在墩顶处主梁上的刚柱上。主梁为钢析架梁,主梁架好后再在其上立模浇筑上下混凝土顶板、底板。这种桥式通过加大偏心距来提高体外预应力的效率,从而降低造价。这一种体系与法国J.Mathivate的方案十分相似。虽然这种桥型的雏形在瑞士形成,并于1988年法国工程师J.Mathivate把它明确命名为“Estra-dosed PC bridge”,但这种桥型却在日本获得极大的发展。由于这种桥型具有良好的性价比,对于跨度处于梁式桥与斜拉桥之间的桥梁和对刚度要求较高的铁路梁桥均具有很强的竞争力。对于修建斜拉桥塔高受到限制、多跨斜拉桥刚度较难满足要求时,矮塔斜拉桥也是一种很好的选择。

1994年日本建成了世界上第一座真正意义上的矮塔斜拉桥一小田原港桥,此后,日本又修建了屋代南、北铁路桥、冲原桥、蟹泽大桥、新唐柜大桥等桥,迄今为止,日本修建的矮塔斜拉桥己超过20座,桥梁跨径从初期小田原港桥的122m发展到长者桥的292.2m。菲律宾于1999年建成了第二曼达一麦克坦大桥,其主跨为185m,桥面宽21m;老挝也于2000年建成了巴色桥,其跨度为143m,桥宽为11.8m;瑞士于1998年建成了森尼伯格桥(Sunniberg bridge),为5跨连续的矮塔斜拉桥,主跨达140m。韩国于2005年建成了Pyung-Yeo 2 Gyo桥,该桥为韩国第一座矮塔斜拉桥,其主跨为120m,双塔双索面;2006年建成了主跨110m的Kack-Hwa First桥,另外还有几座矮塔斜拉桥正在建设中。

图1-7 瑞士森尼伯格(Sunniberg)桥 图1-8 韩国Kack-Hwa First桥

图1-9 小田原港(Odawara Blueway)桥

我国矮塔斜拉桥建造起步稍晚,2001年建成的福州漳州战备桥为

预应力混凝土箱梁矮塔斜拉桥,它是我国第一座公路与城市道路上的矮塔斜拉桥。此后,厦门同安银湖大桥、兰州小西湖黄河大桥、江苏常澄高速常州运河桥等相继建成。随着国内这几座矮塔斜拉桥的修建,这种桥式己引起了桥梁工作者的重视,这几座矮塔斜拉桥在建造过程中所进行的科研,积累的设计、

理经验,都为这种桥型在我国的进一步发展奠定了良好的基础。近几年我国修建的矮塔斜拉桥,形式更加丰富,结构更加新颖。如在建的广西柳州静兰桥为塔单索面7跨预应力混凝土矮塔斜拉桥,跨径布置为56+5×94.3+56,全长

标准断面宽31m,塔、梁固结,墩、梁分离。主梁截面为单箱三室箱形梁;在建的重庆嘉悦大桥采用双塔双索面矮塔斜拉桥十连续刚构+连续梁的组合体系,跨径布置为66+2×75+145+250+145,全长774m,标准梁宽28m,主梁结构分上下两层,下层人行道单侧宽3.5m,上层机动车道为双向六车道。这两座桥梁的建设,把我国矮塔斜拉桥的发展水平推向了更高点。目前,我国已建和在建的矮塔斜拉桥己近20座。

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范文四:矮塔斜拉桥的设计

Vol121 No14

公 路 交 通 科 技

JOURNALOFHIGHWAYANDTRANSPORTATIONRESEARCHANDDEVELOPMENT

2004年4月

文章编号:1002Ο0268(2004)04Ο0066Ο03

矮塔斜拉桥的设计

何新平

(山西省交通规划勘察设计院,山西 太原 030012)

摘要:矮塔斜拉桥是介于梁式桥和斜拉桥之间的一种桥型,其适用跨度也介于梁式桥和斜拉桥之间。本文结合离石高架桥主桥的设计情况,浅析PC部分斜拉桥的桥型特点、受力特性及设计要点。山西离石高架桥主桥为双塔单索面三跨连续部分斜拉预应力混凝土箱梁桥,主桥孔跨为85+135+85m,采用塔梁固结、塔梁与墩分离,墩顶设支座的结构形式。

关键词:矮塔斜拉桥;结构设计;力学分析中图分类号:U4921431      文献标识码:A

DesignofLowTowerΟ(TheCommunications&Province,Shanxi Taiyuan 030012,China)

Abstract:ΟisonetypeofbridgebetweengirderbridgeandcableΟstayedbridge,anditssuitablespanisalsobetweenandcableΟstayedbridge1BasedonthedesignconditionsofthemainframeofLishiviaduct,thecharacteristicsofbridgetype,forceprincipleanddesigngistofthePCPartofthecableΟstayedbridgearesimplyanalyzed1LishiViaductBridgeisa3

ΟspanpartiallycableΟstayedprestressedconcreteboxgirder

bridgewithtwotowersandsingleΟcableΟplane1Spansareattributedas85+

135+85m,thestructuretypeofconsolidatedtowerΟgirder,separatedtowerΟgirderandpierandtoppiermoutedsupportsisused1Keywords:LowtowerCableΟstayedbridge;Structuredesign;Mechanicsanalysis

0 概述1 构造及受力特征

矮塔斜拉桥又称部分斜拉桥,为一种新兴的桥型结构,国外近10年内已修建了20余座此类桥梁。由于它优越的结构性能,良好的经济指标,越来越显示出巨大的发展潜力。我国虽起步稍晚,但发展势头迅猛,仅山西省目前已有2座此类桥梁在开工建设。

离石高架桥位于青银国道主干线山西省境内汾阳至离石段,是跨越离石市开发区的一座特大桥梁。在跨越龙凤大街主桥桥型选择上,为了展现开发区现代城市的风格和蓬勃向上的精神风貌,在满足使用功能的前提下,经多方案比较,最终选定采用双塔单索面预应力混凝土矮塔斜拉桥方案。其建成后将成为山西省西部高速公路的一个标志性建筑。

收稿日期:2003Ο06Ο28

作者简介:何新平(1956-),男,山西太原人,高级工程师1

矮塔斜拉桥具有斜拉桥的形式,但在布索、结构尺寸比例以及受力特性等方面又与真正的斜拉桥有明显的差别,是介于具有非常柔性加劲梁的斜拉桥和梁高度比较大的连续梁式桥之间的一种过渡性桥梁,梁高位于它们之间,斜拉索较正规斜拉桥少,且主塔较矮。该桥具有斜拉桥和梁式桥的双重特性,且桥塔与普通斜拉桥比要矮,因此称之为矮塔斜拉桥,在结构总体抗力中斜拉索只起部分作用而不是全部作用。

从构造特征上矮塔斜拉桥中的拉索与常规斜拉桥中的拉索不同之处在于塔上的锚固形式,常规斜拉桥中的拉索在塔顶上锚固或张拉,而矮塔斜拉桥则基本采用鞍座式,斜拉索在塔顶连续通过,由于摩擦力存

矮塔斜拉桥的设计 何新平

在及固定装置,拉索在塔顶不能滑动。一般采用圆弧

形双套管形式,斜拉索从内钢管穿过,施工完成后在内钢管内压入高标号环氧水泥浆。双套管形式可以使换索工作易于进行。同时由于加劲梁已具有一定刚度,因此作为体外索之间的斜拉索不需像常规斜拉桥那样有端锚索,对塔顶水平位移进行约束,布索区段也无需覆盖全部加劲梁。

在受力特征上,连续梁桥是以梁的直接受弯、受剪来承受竖向荷载,斜拉桥是以梁的受压和索的受拉来承受竖向荷载,矮塔斜拉桥则是以梁的受弯、受压和索的受拉来承受竖向荷载,因此三者的最大差别在于梁的受力行为不同。从连续梁、矮塔斜拉桥到斜拉桥,主梁承受的弯矩逐渐减小,而轴力却逐渐增加。连续梁的主梁以受弯为主,斜拉桥主梁以受压为主,而部分斜拉桥的主梁则以压弯为主,其斜拉索从受力特征上讲更接近一般PC梁桥的体外索。2 设计及计算要点

相当大的弯矩,主梁截面形式与斜拉桥有很大不同,

而更接近于连续梁。一般情况下,大部分连续梁采用的截面形式都能适用于矮塔斜拉桥,但矮塔斜拉桥更适宜采用变高度截面。其塔墩处梁高可采用相同跨度连续梁高的一半左右。在特殊情况下,主梁亦可采用等高度,此时梁高与跨度之比可采用1Π35~1Π45。在选择主梁截面形式时,需注意斜拉索的布置及锚固要求。

斜拉索设计根据桥面布置及景观要求,可采用单索面及双索面,各斜拉索可采用相同的索截面。斜拉索在梁上宜布置在边跨中及1Π3中跨附近。索距不宜太大,宜为3~5m,以适应受力及施工要求,主、边跨的索应对称于塔布置。塔上拉索宜采用鞍座形式通过,每根索对应1个鞍座,鞍座的设计应考虑换索的需要,位于塔两侧拉索出口处应设计锚固装置,克服索的不平衡拉力。斜拉索的应力可采用较高值,最大可达016Rby,由于梁的刚度大,斜拉索倾角小,斜拉。

,也,,因此索,其高度可采用主跨的1Π,相当于斜拉桥塔高的1Π2~1Π3。由于塔高较矮,一般不存在失稳问题,主塔可采用实心截面,以方便设计和施工。

矮塔斜拉桥在构造及受力特征上与斜拉桥和连续梁桥尚有一定的差异,根据笔者多年的设计实践,在进行其结构分析时要注意以下几点:

(1)结构分析要选用合理的计算图式,考虑施工过程中结构的逐步形成和体系转换、临时支承的设置和卸除,以及结构各部分的强度增长,合理估计主梁架设各阶段的施工荷载。直线桥的施工控制计算一般采用平面分析,必要时采用三维空间分析。

(2)矮塔斜拉桥张拉时主梁挠度大,张拉初期索的垂度较大,必须计入几何非线性影响。斜拉桥主梁和索塔都是压弯构件,其截面弯矩和轴力会产生耦合效应,应加以处理。要考虑混凝土收缩徐变、温度以及风荷载等偶然因素对结构变形和内力的影响。

(3)斜拉桥施工时因恒载引起的内力与变形与施工方法有很大关系,主梁施工时的施工计算荷载除恒载人群、施工机具等施工荷载外,还需考虑预应力、斜拉索的张拉力等。

(4)针对各施工阶段的实际情况建立正确的计算模型,单元类型采用拉索单元、梁单元、3D实体单元、板壳单元和边界单元等。

67

根据矮塔斜拉桥梁受弯、受压和索受拉共同承受竖向荷载的特点,可以理解为矮塔斜拉桥的索对梁起加劲作用,当,,,承载能力大时,;反之,梁体较柔,,,,合理选择各部尺寸使设计自由度更大。

矮塔斜拉桥的适用跨径由于其特性决定,它的适用跨径宜在100~300m之间,若主梁采用钢与混凝土混合结构,跨径有望突破400m。结构体系可选用塔梁固结、梁底设支座;塔墩固结、塔梁分离;塔梁墩固结的3种形式。第一种形式适用于跨度不太大的桥梁,支座吨位不致于过大,它的特点是塔根弯矩较小,塔两侧索力差较小,结构的整体刚度较小。第二种形式适用于跨度稍大,墩高较矮的桥梁,它的特点是塔墩弯矩较大,塔两侧索力差较大,结构的整体刚度较第一种形式大。第三种形式适用于跨度稍大,墩高较大的桥梁,结构体系类似于连续刚构,它的特点接近于第二种形式。目前我国已建和在建的矮塔斜拉桥多为第一种形式。

根据国内外目前已建矮塔斜拉桥跨径比例分析,由于矮塔斜拉桥刚度比斜拉桥大,接近于连续梁,其边、中跨比值常采用0152~0165。在特殊情况下,边、中跨比值亦可小于015,这时,边跨需采取措施,解决负反力问题。矮塔斜拉桥由于其主梁要承受

公路交通科技 2004年 第4

(5)当斜索的竖向荷载承担率超过30%,或斜索在活载作用下的应力变幅超过50MPa,既进入斜拉桥的范畴,其标志为斜索的容许应力取值的不同。看作斜拉桥的斜索,其容许应力取014Rby,安全系数为215;而没有超过界限的容许应力取值则与PC梁桥相

主塔结构高1810m。每根斜拉索由2束组成,每束斜拉索采用31Ο7

主梁和主塔都采用三维梁单元,斜拉索采用索单元,参考施工阶段梁段的划分和预应力钢束的布置,并考虑桥梁的实际情况,将主梁划分为92个单元,变截面范围内处理为变截面单元;主塔为矩形截面,每个主塔划分为12个单元;全桥共44根斜拉索,划分为44个索单元。全桥共160个单元,117个节点。根据施工组织设计,在施工阶段假定在左右墩顶处固结;,右墩和主梁两,,,分别考虑汽;温度应力分别考虑整体升降温10℃四种情况;支座下沉分别考虑左右边支座和左右中支座单独下沉1cm四种情况;预应力荷载考虑沿梁纵向钢束预应力和斜拉索拉力;收缩徐变按规范规定的强度发展函数、收缩徐变时间函数考虑10000天的长期荷载效应。

通过计算,在各种荷载组合情况下,成桥阶段主梁呈全截面受压状况,最大压应力为1313MPa,发生在中跨跨中附近,最小压应力为316MPa,在最不利荷载组合情况下主梁仍呈全截面受压状况,说明结构存有一定的安全储备。

正常使用极限内力包络图和正常使用极限应力包络图,见图

2、图3。

同为016Rby,安全系数为1167。

(6)预应力混凝土斜拉桥施工中各工况受力状态

达不到设计要求的重要原因,是有限元计算模型中的计算参数取值(主要为混凝土的弹性模量、材料的相对密度、混凝土收缩徐变系数、构件重量、施工中温度变化以及施工临时荷载条件等)与施工中的实际情况有一定的偏差。斜拉桥的这种偏差具有累积性,因此,要根据施工实测结果予以修正,以使计算模型和计算参数符合结构的实际情况。3 离石高架桥设计

离石高新技术开发区龙风大街规划宽度80m,设计路线与其呈30°交角。考虑道路两侧城市管网布设,桥梁净跨需120m以上,经多方案比较,最终选定采用85m+135m+85m三跨双塔单索面预应力混凝土部分斜拉桥,结构形式为塔梁固结、墩梁分离支座。础。

1图1 离石高架桥桥型布置图

主梁采用单箱三室大悬臂横断面,支点梁高

412m,跨中梁高214m,梁体下缘按二次抛物线变化。箱梁顶宽26m,顶板边室厚0128m,中室厚015m,底板厚0125~01462m,边腹板厚0150m,中腹板厚0135m,

图2 正常使用极限内力包络图

图3 正常使用极限应力包络图

68

(下转第72页)

公路交通科技 2004年 第4期

随着抗压强度的降低,抗冻融性能也会减弱,所以含气量并不是越大越好,它存在一个最佳范围。因此,最佳范围含气量的确定要通过严格的试验按抗冻指标来确定。粉煤灰是一种含硅、铝氧化物的火山质材料,由于5%~7%左右的碳粒存在,粉煤灰对表面活性剂如引气剂有较强的吸附性,因此,要获得与普通混凝土相同的抗冻性能,引气剂要适量的增加,粉煤灰混凝土的含气量需适当提高。3 粉煤灰混凝土的变形特性

(2)通过裂区试验结果分析可知,南京外加剂适

用于粉煤灰掺量为30%~60%的大掺量粉煤灰混凝

土,具有明显的早期激发作用,可将龄期为60d抗压强度作为强度的设计标准值;而山西外加剂适用于粉煤灰掺量为15%~30%的低掺量粉煤灰混凝土,无早期激发作用,可将龄期为90d抗压强度作为强度的设计标准值

(3)高掺量粉煤灰混凝土要想获得比普通混凝土更高的抗压强度,不仅水胶比要比普通混凝土低,而且要注意选用粉煤灰的最佳掺量。对于试验所用材料,南京外加剂粉煤灰最佳掺量为40%,山西外加剂粉煤灰最佳掺量为2719%。

(4)在抗压强度相近的情况下,粉煤灰混凝土的抗碳化性能比普通混凝土差,但是,掺用高效减水剂降低水胶比后,由于混凝土的抗压强度的提高,也能获得较低的碳化深度值。

(5),,从图7看出,混凝土干缩随粉煤灰掺量的增加而减小。掺20%粉煤灰混凝土干缩比不掺的降低1316%,掺40%粉煤灰比不掺的干缩平均降低1617%

图7 粉煤灰掺量对混凝土干缩的影响

4 结论

(1)],王传志,江见鲸1钢筋混凝土有限元与板壳极限分析

[M]1清华大学出版社,19931

[2] 范立础1桥梁工程[M]1人民交通出版社,20011[3] 项海帆1

高等桥梁结构理论[M]1人民交通出版社,20011

(上接第68页)另外,根据对零号块和塔根结合部位

(1)直线或近似直线的部分斜拉桥采用平面计算

的实体有限元分析,以下三个部位的局部应力需要引起特别关注。其一是塔根局部压应力达2615MPa,远大于按梁单元计算的最大压应力;其二是主墩支座处的局部拉应力达6185MPa,超过了混凝土的极限抗拉强度,应加强配筋检算;其三是预应力筋锚固端的局部应力效应明显,应加强配筋检算。

本文对该桥的动力特性进行分析,纵向梁的支撑条件对斜拉桥的动力特性有决定性的影响。本桥基本周期为114116s,为竖向振型,如图4所示。关于结构动力特性分析、抗震分析和三维实体有限元计算的详细资料,限于篇幅,拟另文发表。

图式进行结构分析,其计算结果是可信的,能够满足设计要求。但对于受力较复杂的构件,如塔根、支座等,尚需借助三维有限元计算,进行局部应力分析。

(2)桥塔处不设锚固端可以缩小桥塔的结构尺寸,减小施工难度,降低工程造价,但斜索巨大的竖向力要通过外管与桥塔相接触的很小面积的混凝土来提供,所以外管下的混凝土就会产生很大的局部压应力,因此必须加强该处普通钢筋的配置。必要时还需通过空间有限元的分析和实验验证。

(3)斜拉索容许应力的选取主梁与斜拉索对后期荷载的承担比率不仅可以决定梁高与塔高的选取,且可以作为界定斜拉桥与部分斜拉桥的一项指标,也就决定了斜拉索容许应力的取值。

参考文献:

[1] 陈亨锦,王凯,李承根1浅谈部分斜拉桥[J]1桥梁建设,

2002(1)1

[2] 范立础1桥梁工程[M]1北京:人民交通出版社,20011

图4 基本振型图

通过离石高架桥的设计实践,使我们有机会对我

国已建和在建的PC部分斜拉桥的设计进行认真的研究和分析,以下体会供同行借鉴:

72

范文五:浅谈矮塔斜拉桥的优缺点

摘 要:矮塔斜拉桥在1980年问世以来,广泛得到国内外的学者和设计者的青睐。本文首先回顾了矮塔斜拉桥的发展,介绍了其结构力学性质,分析了矮塔斜拉桥的优缺点,提出了矮塔斜拉桥继续发展的要点。   关键词:矮塔斜拉桥;结构特点;优缺点;发展要点   1.矮塔斜拉桥的起源   矮塔斜拉桥的实际上是源于反拱形梁,狭义上区别于普通斜拉桥。   在上个世纪90年代,为了学术界的交流,才被桥梁专家严国敏称为部分斜拉桥。就其整体结构来说,矮塔斜拉桥是介于连续梁桥和斜拉桥之间的一种新型桥梁,如果把斜拉桥归类于柔性桥梁,把连续梁桥归类于刚性桥型,则矮塔斜拉桥是一种刚柔兼备的新型桥。   1980年Christian Menn设计的甘特大桥,被普遍认为是矮塔斜拉桥的起源,其“斜拉索”由预应力混凝土形成,用于支撑其混凝土箱梁。在此之后,矮塔斜拉桥并没有得到广泛各国同行的借鉴和认可,与之相反,日本专家却对矮塔斜拉桥进行了深入研究,并认为其在经济、技术可作进一步优化提高,在景观方面也独树一帜。1994年,小田原刚桥的建成标志着现代矮塔斜拉桥的正式诞生,其桥面宽13.0m,跨径布置为(74+122+74)m,双塔双索面,塔、梁、墩固结,拉锁通过塔顶的鞍座后锚固在主梁上。之后矮塔斜拉桥便在世界各地遍地开花。   2.矮塔斜拉桥的结构特点及优缺点分析   2.1 矮塔斜拉桥的结构特点   据前面的介绍,矮塔斜拉桥的塔高较矮,塔高可取主跨的1/8~1/12。   拉锁的布置形式常采用扇形,这样能有效利用矮塔的高度,拉锁在梁上的锚固位置通常在各跨的1/3附近。在己建成的矮塔斜拉桥中,索鞍鞍座普遍采用双套管结构,拉索应力变幅一般只有斜拉桥的1/3左右,施工过程及合拢后,基本不需要进行拉索索力调整。拉锁倾角一般很小,主要为主梁提供较大轴向力。矮塔斜拉桥的无索区域较一般斜拉桥要大的许多。   2.2 矮塔斜拉桥的优缺点   矮塔斜拉桥一方面由于结构自身的原因,导致其跨度受到限制,一般极限跨度在400m左右;另一方面,斜拉索的倾角过小,使得索对主梁提供的竖向分力较小,这样就会增加斜拉索的数量,于成本不利。这也是矮塔斜拉桥继续发展需要研究的要点。   总的来说,矮塔斜拉桥的利大于弊。对于设计者来说,矮塔斜拉桥跨径布置非常灵活,可设计成单塔双跨、双塔三跨和多塔多跨等不同的结构形式;当跨径方面 取50~350m等小范围时,可克服普通斜拉桥做带来的刚度不足和各跨相互影响的弊端。另外,在单孔跨径和总桥长设计方面都有较大的选择空间。   对施工方来讲,矮塔斜拉桥施工相对简便:矮塔斜拉桥的施工方法与连续梁桥基本相同,可采用悬浇法施工。施工中不必进行斜拉索二次索力调整。并且矮塔斜拉桥桥塔较矮,桥塔施工也没有斜拉桥桥塔施工复杂。   另外,矮塔斜拉桥在外观方面也极具美观效果,克服了连续梁主梁高度过大带来的视觉压迫感以及桥梁上、下部结构不协调的弊端。当然在经济上,矮塔斜拉桥相对普通斜拉桥更具有优势,具有可观的经济效益。   3.结语   很明显,矮塔斜拉桥将会更多地应用到各地桥梁建设中。因此,在矮塔斜拉桥的继续发展过程中,需要更多的注意到由于其结构的原因引起的整体刚度不住问题,从而扬长避短推动其发展。(作者单位:重庆交通大学)   参考文献:   [1] 陈亨锦,王凯,等.浅谈部分斜拉桥[J].桥梁建设,2002(1)   [2] 刘岚,译.外加预应力量PC桥的规划与设计[J].国外桥梁,1993(4).

范文六:矮塔斜拉桥设计及发展论文

矮塔斜拉桥的设计及发展的探讨

摘要:本文对矮塔斜拉桥的设计进行阐述,主要讲了矮塔斜拉桥的总体布置及适用跨径、矮塔斜拉桥的结构体系、矮塔斜拉桥设计分析方法、矮塔斜拉桥的发展概况,以供参考。

关键词:矮塔斜拉桥设计探讨

中图分类号:u442.5文献标识码:a 文章编号:

abstract: in this paper the design of short towers

cable-stayed bridge, expounds the main told the short towers cable-stayed bridge of the overall layout and the suitable span length, short of towers cable-stayed bridge structure system, short towers cable-stayed bridge design analysis method, the short towers cable-stayed bridge, the development situation of reference.

keywords: short towers cable-stayed bridge design is discussed

一 矮塔斜拉桥的设计分析

矮塔斜拉桥的总体布置及适用跨径

根据国内外目前已建矮塔斜拉桥跨径比例分析,由于矮塔斜拉桥刚度比斜拉桥大,接近于连续梁,其边、中跨比值常采用0.52~0.65。在特殊情况下,边、中跨比值亦可小于0.5,这时,边跨需采取措施,解决负反力问题。矮塔斜拉桥由于其主梁要承受相当大的弯矩,矮塔斜拉桥的设计及发展的探讨

摘要:本文对矮塔斜拉桥的设计进行阐述,主要讲了矮塔斜拉桥的总体布置及适用跨径、矮塔斜拉桥的结构体系、矮塔斜拉桥设计分析方法、矮塔斜拉桥的发展概况,以供参考。

关键词:矮塔斜拉桥设计探讨

中图分类号:u442.5文献标识码:a 文章编号:

abstract: in this paper the design of short towers

cable-stayed bridge, expounds the main told the short towers cable-stayed bridge of the overall layout and the suitable span length, short of towers cable-stayed bridge structure system, short towers cable-stayed bridge design analysis method, the short towers cable-stayed bridge, the development situation of reference.

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一 矮塔斜拉桥的设计分析

矮塔斜拉桥的总体布置及适用跨径

根据国内外目前已建矮塔斜拉桥跨径比例分析,由于矮塔斜拉桥刚度比斜拉桥大,接近于连续梁,其边、中跨比值常采用0.52~0.65。在特殊情况下,边、中跨比值亦可小于0.5,这时,边跨需采取措施,解决负反力问题。矮塔斜拉桥由于其主梁要承受相当大的弯矩,

范文七:矮塔斜拉桥的设计与施工

14               中

文章编号:1671-2579(2004)01-0014-03

外 公 路           2004年2月

第24卷 第1期

矮塔斜拉桥的设计与施工

———日本新东明高速公路上的京川桥

金增洪 编译

(中交公路规划设计院,北京市 100010)

摘 要:日本新东明高速公路上的京川桥,位于观光和娱乐区,而且处在地震高发区。因此,桥梁既要考虑高抗震特性又要考虑美学特性。该矮塔斜拉桥的悬臂跨度达到96.5m,已属日本国内此类桥梁中最大者。此悬臂跨径几乎等效于现有PC斜拉桥的跨径。桥墩由高耸的钢管混凝土结构形成的组合桥墩,高56.5m。

关键词:预应力混凝土;矮塔斜拉桥;斜拉索;预制;组合桥墩  Ξ

1 引言

矮塔斜拉桥是由法国马秀佛特(1988年建议的,prestressing力桥发展而来,,矮塔斜拉桥的性态处于PC箱梁桥和PC斜拉桥之间。

京川桥跨越日本二级河流。建桥地点是,因此,既要考虑桥。至于矮塔斜拉,是日本国内同类桥梁中的最大跨径。这种悬臂跨径相当于现有PC斜拉桥的跨径(译者注:指日本国内现有斜拉桥的跨径)。京川桥的总体布置见图1所示

图1 京川桥总体布置图(单位:cm)

有2×11根=22根斜拉索)。塔的高度为20m,在顶

2 一般概念

京川桥是由三肢桥墩支承的双幅箱梁组成的,而

桥面的长度为268m。两主跨各长133m,由44根间距为6m的斜拉索支承(每一幅桥面在塔的每一侧各

收稿日期:2003-03-11

上安装索鞍。桥墩总高度为56.5m。各墩截面:在基底部位尺寸为9.0m×7.0m;在与上部结构联结部位的尺寸为5.0m×7.0m。桥墩和桥塔都选用钢管混凝土新结构。钢管混凝土组合结构,不仅展示其特有的高延展性和高抗震性能效应,采用螺旋高强钢索箍

Ξ

1期                矮塔斜拉桥的设计与施工                15

筋,而且也是一种先进的桥墩施工方法。

桥面横向尺寸为19.91m,满足了三车道每车道宽3.75m的要求。

采用具有高抗震性能的高阻尼橡胶支座,以减小强大的地震反应。置在塔顶的索鞍中,见图4所示的照片,索的两端锚固在桥面梁的边缘上。斜拉索由钢索预制后外覆高密度聚乙烯,作为斜拉索施加的预应力为4.2MN。

矮塔斜拉桥的优点是斜拉索中的应力要比普通斜拉桥的斜拉索中应力变幅量小,因此,其抗疲劳的安全因素较高,比普通斜拉桥用索量经济。图5示出矮塔斜拉桥和普通斜拉桥斜拉索中应力变化的比较。京川桥的最大应力变化约小于50MPa,而其他普通斜拉桥斜拉索中应力变化约超过100MPa。其中β是索中竖

σ是车辆荷载向承载力与总恒载承载力之比,而且Δ的最大应力变化

3 设计

3.1 矮塔斜拉桥的性能

矮塔斜拉桥性能的主要参数是塔的高度和梁的刚度。这些参数决定了斜拉索应力的变化。在总体上

PC箱梁桥、矮塔斜拉桥和PC斜拉桥的比较见图2

图4

拉索的索鞍和锚具

图2 各种桥型的比较

3.2 桥面梁的横截面

桥面梁是一个双室预应力混凝土箱梁,详见图3所示。顶板的跨度等于节段的宽度(6m),在横向对

图5 矮塔斜拉桥与普通斜拉桥斜拉索中应力变化比较

3.3.2 斜拉索的锚固设计

要求锚固部分一旦发生局部弯矩和剪力时,应具有足够的抵抗力。从斜拉索对梁提供的预应力也是比较平稳的。通过三维有限元分析,估算出关键部位的应力,在混凝土中的拉应力指标小于3MPa,钢筋中的应力小于10MPa。按照有限元分析,斜拉索锚固部分在横向和竖向用PC索加强,此外加劲肋板的厚度定

图3 桥面梁的横截面(单位:cm)

为600mm。详见图6所示。3.4 桥墩的抗震设计

3.3 索

3.3.1 超配量斜拉索

22根斜拉索安排在两个平面内,每一根斜拉索布

阪神地震后,传统的空心钢筋混凝土高墩,由于地震设计提高了设计标准,故需要大量加固。因此施工

中 外 公 路                  24卷 16费用和施工周期变成一个严峻的课题。图7展示的钢管混凝土组合桥墩不仅具有延性钢管的高抗震效应和螺旋高强钢索箍筋,而且还具有先进的施工方法

作为抗剪切的加强箍筋采用高强度、直径为12.7mm的钢丝索。钢管安装的连续高度为56m。4.1.2 混凝土浇筑

在钢管安装完成以后,安装大尺寸模板,而后浇筑混凝土,每浇筑5m高度后提升一次模板。4.2 斜拉索的安装

预制斜拉索属非灌浆型索,这种索既能加速安装又具备较高质量。预制索是由27根以聚乙烯覆盖的、直径为15.2mm的单索股绞拧成索后,再用高密度聚乙烯包套套上,形成双层抗腐蚀保护。从美学设计考虑,套的外表面染成浅蓝色。

缆索的安装由以下步骤实现(详见图8所示)

:

图6 用预应力索在锚固区加强(单位:mm

)

图8 斜拉索的安装

1)在桥面上从缆索的卷盘上展开缆索;

2)用卷扬机通过导引钢丝绳拽拉缆索通过索鞍;3)在两端的桥面上安装锚具;

4)一次用4台千斤顶同时张拉,避免因不平衡引

起的加载。4.3 梁的施工

图7 钢管混凝土组合桥墩

新的组合结构桥墩具有以下特征:①组合结构由

单独的钢筋笼和内部的大钢管组成;②内部钢管和高强度螺旋钢索箍筋提供了高剪切强度;③由钢管和螺旋钢索箍筋提供高效的延展性;④围绕钢管周边的混凝土保护钢管不致发生曲屈,当外围的钢筋笼处在极限状态发生曲屈时,也不致发生倒塌;⑤简洁的截面要比传统的空心截面更便于施工。

通过三维非线性动力分析研究,组合桥墩足以抗御较大地震。

梁用3m长的混凝土节段通过自由悬臂平衡安装施工,每6m长装配一次斜拉索,最大的悬臂长度为96.5m,总共具有31个节段(详见图8所示)。

5 结论

本文阐述了矮塔斜拉桥的结构设计和抗震设计以及通过预制斜拉索的自由悬臂施工方法。从矮塔斜拉桥的跨径长度使用观点来看,在经济上处于箱梁桥和斜拉桥的中间。矮塔斜拉桥的优化跨径可达150~200m。如在组合梁的情况下,这一优化跨径可以扩展到约300m。

———编译自DesignandConstructionofExtradosedBridge

4 施工

4.1 组合高墩的施工4.1.1 钢管的安装

-MiyakodagawaBridge-intheNewTomeiExpress2way,T.Katoetc.IABSEConferenceonCable-Sup2portedBridges.June2001,SeoulKorea.

每一个桥墩使用了6根直径为1500mm的钢管,

范文八:矮塔斜拉桥设计说明书

大运河大桥施工图设计说明书

一、 设计依据

1、《京昌路(高丽营至沙峪沟段)工程设计任务委托书》

北京市首都公路发展有限责任公司,2003年

2、《北京市京昌公路(高丽营至沙峪沟段)公路工程初步设计》

北京建达市政建设设计所,2003年

3、《关于京昌公路北京高丽营至沙峪沟段初步设计的批复》

交公路发【2004】42号

二、 设计规范

1、《公路桥涵设计通用规范》(JTJ 021-89)

2、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ 023-85) 3、《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ 024-85) 4、《公路工程水文勘测设计规范》(JTG C30-2002) 5、《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004-89) 6、《公路桥涵施工技术规范》(JTJ 041-2000) 7、《公路斜拉桥设计规范》(试行1996.12.1) 8、《公路工程技术标准》(JTJ001-97);

9、《公路工程基本建设项目设计文件编制办法》(1996年) 10、《高速公路交通安全设施设计及施工技术规范》(JTJ074-94) 三、 工程概况

大运河是海河北系四大河流之一。潮河、白河在密云的河槽村汇合,形成大运河。大运河是北京市第二大河,从汇合口至市界流经密云、怀柔、顺义、通州四区县,总长83.5公里。大运河河道宽浅,中间有明显的行水深槽,两侧行洪滩地开阔,百年一遇洪水位39.3m,无通航要求。

京昌高速公路与大运河交叉断面位于密云县耿辛庄村东,现状耿辛庄桥附近。交叉断面比较宽阔,断面形式为复式断面,规划河道上口宽为540米,两侧有巡河路。近几年由于无序开采砂石,交叉断面附近有些深坑。

大运河大桥属于京昌高速公路高丽营至沙峪沟段,是京昌路桥梁建设的重点。为了在安全、适

用、经济、美观的前提下,体现北京地区的桥型创新,在初步设计阶段对大运河大桥进行了多个桥型方案设计比较,并推荐大运河大桥主桥采用三塔矮塔斜拉桥方案。初步设计文件经交通部审查,批准大运河大桥主桥采用三塔矮塔斜拉桥方案。根据交通部对初步设计文件的审核意见,在施工图设计阶段进一步优化结构设计,适当增加了主桥梁高,引桥主梁由简支梁改为连续梁。 四、 工程地质

拟建场地位于大运河河床及两侧河堤,地层由上至下依次为:

亚砂土填土①层:褐黄色,稍湿,松散,含砖渣、树根,主要分布于东西两侧河堤。该层层底标高为39.91~41.21m。

卵石②层:杂色,湿,稍密~中密,一般粒径40~60mm,最大粒径600mm,亚圆形,褐黄色中粗砂充填,粒径大于20mm的颗粒占总质量的65%。该层层底标高为23.12~34.79m,整体厚度呈从河堤向河床加深趋势。

卵石③层:杂色,湿,中密~密实,一般粒径40~60mm,最大粒径450mm,亚圆形,粒径大于20mm的颗粒占总质量的68.5%,褐黄色中粗砂充填,岩石成分以辉绿岩、石英岩为主。该层层底标高为20.86~25.60m,整体厚度呈从河堤向河床减少趋势。

亚粘土④层:褐黄色,饱和,硬塑,局部软塑,含氧化铁、云母。该层层底标高为19.40~23.40m。 卵石⑤层:杂色,饱和,密实,一般粒径60~80mm,最大粒径150mm,亚圆形,粒径大于20mm的颗粒占总质量的68.7%,褐黄色中粗砂充填,岩石成分以辉绿岩、石英岩为主。该层层底标高为11.08~18.87m。

卵石⑥层:杂色,饱和,密实,一般粒径40~60mm,最大粒径140mm,亚圆形,粒径大于20mm的颗粒占总质量的83.5%,褐黄色中粗砂充填,岩石成分以辉绿岩、石英岩为主。该层层底标高为2.42~6.37m。

卵石⑦层:杂色,饱和,密实,一般粒径20~50mm,最大粒径120mm,亚圆形,粒径大于20mm的颗粒占总质量的69%,褐黄色中粗砂充填,岩石成分以辉绿岩、石英岩为主。钻至标高-8.79m处仍为该层。

拟建场地勘察深度范围内仅观测到一层地下水,该层地下水属潜水,水位标高为19.20~23.53m,含水层为卵石⑤层及以下各层,为强透水层,主要接受侧向径流和越流补给,以侧向径流和越流补给下层地下水方式排泄。根据地下水的腐蚀性测试结果,该层地下水对混凝土结构中的混凝土及钢筋混凝土中的钢筋均无腐蚀性,对钢结构具弱腐蚀性。

根据“北京地区地震烈度区划图”,拟建场地处于抗震设防烈度8度区内,地震加速度峰值为0.2g。场地类别为II类。 五、 设计标准

1、汽车荷载:设计荷载汽车-超20级,验算荷载挂车-120。 2、行车道:双向六车道。 3、桥面横坡:双面坡2%。 4、基本风压:600Pa。

5、地震烈度:基本烈度8度,按8度设防,按9度采取抗震措施。 6、水位和流量:100年一遇设计洪水位39.3m,设计洪峰流量3570m/s。 7、桥下净空:与巡河路及县道相交处大于4.5m。 六、 桥孔布置

大运河大桥全长919.18m,宽29.5m,主桥为三塔矮塔斜拉桥,长384m,主跨径120m;两侧引桥为三跨和四跨预应力混凝土连续梁桥,单侧引桥长267.59m。桥梁中线与河道交角为53度。

为了减少桥墩对水流的影响,主桥采用独柱单索面三塔矮塔斜拉桥方案。引桥分为两个半桥,上下行桥在河道内的墩柱错开布置,以平行于水流方向。 七、 结构设计

大运河大桥主桥为三塔矮塔斜拉桥,桥宽29.5m,跨径组合为72m+120m+120m+72m=384m,中间桥塔处为梁塔墩固结,两侧桥塔处为梁塔固结,在桥墩上设置支座。主梁采用单箱3室箱形结构,梁高由4.2m按照二次抛物线型式渐变到2.2m。边室顶板厚26cm,底板厚24cm;中室顶板厚50cm,底板厚24cm;中腹板厚60cm,边腹板厚80cm。主梁采用三向预应力结构。纵向预应力和横向预应力采用钢绞线,竖向预应力采用高强精轧螺纹粗钢筋。

主桥共有三个索塔,布置在中央分隔带上。索塔桥面以上高21.5m,上塔柱采用工字型截面,断面尺寸为4.4m×3.0m;中塔柱采用实体截面,截面尺寸为4.4m×2.0m。每个索塔上挂8对斜拉索,在横向分为2排。斜拉索在塔上间距为0.8m,通过鞍座穿过塔身。鞍座采用分丝管形式,每根分丝管穿一根钢绞线,以便将来可以单根换索。索鞍的斜拉索出口处设抗滑锚板,以防止钢绞线滑动。斜拉索在主梁上间距5m,锚固在箱梁中室内,相应位置设置一道横隔梁。

主桥墩身采用圆形薄壁结构,中塔墩柱直径8m,壁厚1.5m;边塔墩柱直径6m,壁厚1.2m;边墩直径4m,壁厚1m。中塔和边塔墩柱下承台尺寸15m×12m,厚4m,下设3排方桩,每排4根,桩长26m;边墩下承台尺寸7m×8m,厚3m,下设2排方桩,每排2根,桩长18m。主桥方桩截面尺寸为2.5m×1.0m。

3

大运河大桥引桥按上下行分为两幅,单幅桥宽14m,为三跨和四跨连续梁桥。三跨连续梁桥的跨径组合为40m+40m+40m=120m,四跨连续梁桥的跨径组合为39.59m+40m+40m+28m=147.59m。主梁采用单箱双室箱形结构,梁高2.0m。箱室顶板厚20cm,底板厚18cm,腹板厚60cm。主梁在中墩处为独柱支撑,柱顶设盆式橡胶支座。主梁在边墩处用板式橡胶支座支撑,下设桥台或盖梁。

引桥墩柱为圆形结构,河道内四跨连续梁的中墩直径2.2m,河堤上三跨连续梁的中墩直径1.8m,公用墩直径1.2m。中墩下承台尺寸3.5m×5m,厚2.5m,下设2根方桩,桩长18m;公用墩下承台尺寸3.5m×1.8m,厚2.5m,每个墩柱下设1根方桩,桩长18m。桥台为肋板式桥台,每个肋板下接1根方桩,桩长22m。引桥方桩截面尺寸为2.5m×0.8m。 八、 其它构造设计要点

1、桥面铺装厚度15cm。下层为7cm厚C30混凝土,混凝土抗折强度大于4.5MPa,配筋采用冷轧带肋钢筋焊网,直径可采用φ7mm,间距10×10cm。上层为8cm厚沥青混凝土,其中4cm为密级配中粒式石灰岩碎石沥青混凝土(AC-25I),面层为4cm改性沥青马蹄脂玄武岩碎石混合料(SMA-16)。

2、支座垫石采用40号小石子混凝土浇筑,并配承压钢筋网。 3、承台底铺砌10cm素混凝土找平垫层。 九、 建筑材料

1、主梁、索塔和墩柱均采用C50混凝土,承台和桩采用C30混凝土。

2、斜拉索采用环氧涂层高强钢铰线,可调换索式锚具,热挤压PE护套。斜拉索允许应力幅200MPa。斜拉索锚头外露钢部分及预埋钢管内均采用80m锌加防腐涂料防护。 3、钢筋采用III级(HRB400热轧带肋钢筋)和I级钢筋,技术标准应符合国家标准GB1499-1998和GB13013-91的规定。

4、预应力钢绞线应符合ASTM A416-92技术标准,直径为15.24mm,标准强度为1860MPa高强低松弛预应力钢绞线,锚具采用夹片锚,并用相应配套的锚下垫板及螺旋筋。 5、精轧螺纹钢标准强度为750MPa,其他指标应符合国家相应标准,其锚具采用JLM型号及相应的配套垫板和螺旋筋。

6、主桥边塔墩柱处采用球形支座,边墩处采用盆式橡胶支座。引桥中墩处采用盆式橡胶支座,边墩处采用板式橡胶支座。

7、主桥两侧伸缩缝采用D240型模数式伸缩缝,引桥采用三维止水型伸缩缝。 8、全桥防撞护栏及塔身混凝土表面均采用防水易清洗涂料涂刷。 9、桥面防水材料采用APP防水卷材。

范文九:07_矮塔斜拉桥的概念及特点

EXTRADOSED BRIDGE 系列介绍-1

矮塔斜拉桥的概念和特点

1. 简 介

2. 矮塔斜拉桥的概念

3. 矮塔斜拉桥的特点

4. 矮塔斜拉桥与一般斜拉桥的比较

EXTRADOSED PSC的概念和特点

矮塔斜拉桥的概念和特点

1. 简 介

随着PSC桥梁的设计向着大跨发展,设计上越来越注重自重的减少、主梁的轻型化、施工性能和经济性能的提高、维护管理水准的提高,桥梁形式与外观上注重与周边环境的谐调,注重建设具有城市标志性特征的桥梁。但是出于安全性方面的考虑,长期以来设计人员偏向于选择经验上安全可靠且经济性能较好的已有的桥梁形式,这样必然束缚了新型桥梁形式和新技术在国内的应用和发展。

一般在100m以下的中桥采用预应力箱梁结构形式的较多,200m以上采用一般斜拉桥形式的较为普遍,在100m~200m跨度的桥梁上钢筋混凝土桥梁相关实例较少,因为城市标志性或景观的要求,过去大多选用了一般斜拉桥的结构形式,而没有考虑到经济性及下部施工费用的增大等问题。

考虑到经济性、施工性,对100m~200m跨度的桥梁采用介于预应力箱梁桥和一般斜拉桥之间桥梁形式比较合适,从而导入了兼有梁桥和斜拉桥优点的矮塔斜拉桥(EXTRADOSED PSC Bridge)形式。

图 1. 矮塔斜拉桥

EXTRADOSED PSC的概念和特点

预应力箱梁的预应力钢筋的偏心量被局限在箱梁截面以内,所以当跨度较大时,截面高度和结构自重会随之增加,而矮塔斜拉桥相当于将预应力钢筋布置在箱梁有效高度以外,相对于一般预应力箱梁桥,其自重和预应力钢筋数量都较小。另一方面与一般斜拉桥相比,各索之间应力变化较小,可显著降低索塔高度。 所以说从经济性和性能来说矮塔斜拉桥比较适合于100m~200m 跨度的桥梁中,是一种新型的桥梁形式。

2. 矮塔斜拉桥的概念

2.1 体外张拉

EXTRADOSED的意思是“体外加强”,是1988年由法国的Jacques Mathivat提出的体外张拉的桥梁形式。从前的钢筋混凝土预应力梁和箱梁大部分采用体内束张拉方式,随着技术的进步和材料的发展,设计人员开始寻找可以减轻上部结构重量、延长桥梁跨度的新的技术和桥梁形式,将钢束转移到体外的大偏心索桥就是其中一种。大偏心索桥的使用是为了改善跨中正弯矩和支座负弯矩,一般箱梁桥因为施工性、地形、景观等限制偏心梁的设置受到了很大限制,而大偏心索桥可以较自由地设置偏心量。

大偏心索桥根据主梁和拉索的功能分为以下三种。

1) 主梁依赖型

恒荷载主要由加劲梁承担,体外索主要负担使用荷载。设计荷载引起的索力变化比较小的一般体外索桥和塔突出桥面较小的大偏心索桥属于这种类型。

2) 拉索依赖型

恒荷载和使用荷载主要由拉索承担的斜拉桥属于这种类型。

3) 主梁与拉索协同型

恒荷载和使用荷载由拉索和主梁共同承担的索塔墩突出桥面一定程度的大偏心斜拉桥,即 矮塔斜拉桥属于这种类型,又称为大偏心索桥。

EXTRADOSED PSC的概念和特点

2.2 矮塔斜拉桥的外形

矮塔斜拉桥依靠在索塔上设置的变向装置(Deviator)转换相邻跨体外索的方向,与一般斜拉桥和预应力箱梁桥的外形和结构特点对比参见图2和图3。

标志性较低

主梁截面较高

桥梁下部感觉较沉重 标志性一般 上下体积感 整体块的感觉 标志性较高 主梁截面较小 桥面以上感觉复杂

预应力钢筋混凝土箱梁桥 矮塔斜拉桥 一般斜拉桥

图 2. 矮塔斜拉桥的外形概念图

梁高:L/16

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L/4梁高:L/80
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L/100梁高:L/35
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L/55体内束
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拉索
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体外索
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图 3. 矮塔斜拉桥的结构概念图

EXTRADOSED PSC的概念和特点

2.3 矮塔斜拉桥的分类

矮塔斜拉桥根据体外索是否用钢筋混凝土包裹可分为斜板型(参见图4)和斜拉体外索型(参见图5)。世界最早的矮塔斜拉桥是瑞士的Ganter桥,是斜板型矮塔斜拉桥, 日本最早的矮塔斜拉桥小田原桥是斜拉体外索型。

斜板桥有较多的工程实例,斜拉索有更高的安全度,结构和防震性能均较好,但同时因为自重的增加引起地震时惯性力的增大,收缩和徐变的反应也变得复杂,且无法更换预应力钢筋,所以这种桥梁有逐渐减少的趋势。

图 4. 斜板型(Ganter桥,瑞士)

图 5. 斜拉体外索型(小田原桥,日本)

EXTRADOSED PSC的概念和特点

3. 矮塔斜拉桥的特点

3.1 梁高

矮塔斜拉桥是由主梁承受主要外部荷载,体外索引起大偏心弯矩从而改善结构性能的桥梁形式,与主梁支承在拉索上,主梁只需具有最小刚度即可的一般斜拉桥不同。一般斜拉桥的梁高与桥梁跨度无关,梁高取2.0~2.5m,一般预应力箱梁桥的梁高为L/15~L/17,而矮塔斜拉桥的梁高在支座位置为L/30~L/35、跨中位置为L/50~L/60,梁高基本上介于一般预应力箱梁桥与矮塔斜拉桥的梁高之间(参见图65和图76)。因此在施工上部结构时,基本上可采用一般的

悬臂法施工方案。

图 6. 最大跨度与主梁混凝土平均厚度关系 图 6. 换算跨度与PS钢筋量关系

※ 换算跨度: 三跨桥梁按最大跨度计算,两跨桥梁将跨度乘1.8倍,按三跨计算

决定梁高和桥形时,要考虑桥梁整体的轻巧自然,力传递的顺畅,突出矮塔斜拉桥的特点。

EXTRADOSED PSC的概念和特点

3.2 主塔

矮塔斜拉桥主塔的高跨比(主塔高度/中间跨长)为1/8~1/12,比一般斜拉桥的1/5要小。因为斜拉桥的拉索是为了支承主梁,而矮塔斜拉桥的体外索是为了提高有效偏心位置,所以矮塔斜拉桥的主塔高度不需要很高。与一般斜拉桥相比矮塔斜拉桥的主塔高度的优点如下:

1) 因为体外索张力的竖向分力较小,活荷载作用下体外索的应力变化相对一般斜拉桥拉索要小,所以受疲劳的影响较小。另外因为主塔的轴力也相对较小,所以不必设置防止屈曲失稳的横向联系梁。没有横向联系梁,在今后的维护管理时不必在车道上部空间作业。

2) 主塔简单化提高了施工性,并可以减少体外索的间距。

3) 体外索锚固时角度较小,便于注浆。

4) 主塔轻型化提高了耐震性能。

设计主塔时注意赋予象征性意义,并且注意与周边环境和周边桥梁的谐调性。主塔过高则接近于斜拉桥,缺乏桥梁形式的新颖,也减少了力向顺桥向传递的流畅感觉。 另外,主塔高度影响到体外索布置的复杂程度和桥梁上部空间的开放性,应将主塔高度控制在体外索张力变化不大的范围内。

主塔形状一般可设计成直立或V字型。虽然也可以象一般斜拉桥那样在主塔顶部设置横向联系梁,但为了减少桥梁上部空间向下的压迫感觉,一般可不设置横向联系梁。直立形状的主塔虽然可以给人简洁、安全的感觉,但缺乏上部空间的开放性;V字形的开放性较好,但较复杂且给人的安全感相对较低。

EXTRADOSED PSC的概念和特点

3.3 体外索的应力变化和安全度

虽然矮塔斜拉桥与一般斜拉桥均使用体外索,但体外索的安全度却分别为1.67(0.6fpu)和2.5(0.4fpu),相差较大。矮塔斜拉桥的安全度与一般梁桥的预应力钢筋相同,但一般斜拉桥考虑到恒荷载与活荷载的比值、活荷载作用下的应力变化、次应力的影响以及应力的不均匀性等,需要提高设计安全度。

一般来说,矮塔斜拉桥与一般斜拉桥相比,活荷载引起的体外索的应力变化较小。体外索的应力变化受主梁的刚度、边界条件以及主塔高度的影响。矮塔斜拉桥因为主塔高度较低,体外索的竖向伸长量较小,主梁的刚度又较大,体外索负担的外部荷载相对较少,所以体外索的应力变化较小。

根据对已建矮塔斜拉桥的调查,矮塔斜拉桥的体外索的竖向分配律β(体外索承担的荷载/所有竖向荷载)约为30%,应力变化幅度约为5kg/mm2 。该变化幅度小于CEB-FIP建议的8kg/mm2,也小于文献中建议的7kg/mm2 ,所以可以使用一般预应力钢筋的容许应力标准0.6fpu。与疲劳应力变化幅度较大的一般斜拉桥的拉索的容许应力为0.4fpu相比,矮塔斜拉桥体外索的应用效率较高。

以次为依据,提出了判断体外索容许应力的公式(参见图7),该公式满足目前已运行的一般斜拉桥的拉索的安全度,同样也适合与矮塔斜拉桥。

图 7. 体外索安全度

EXTRADOSED PSC的概念和特点

3.4 体外索的布置

体外索的布置由侧面形状可分为辐射型、扇型、竖琴型,根据体外索支承面分为单面和双面。矮塔斜拉桥一般使用双面扇形或双面竖琴型形式的较为普遍。两种布置类型的比较参见 。

扇型和竖琴型的比较

项 目 扇 型

竖 琴 型

形状

1. 景观效果好

景观

评价 2. 主塔较低时,不能充分体现视觉效果 3. 一般斜拉桥较为有效的形式

1. 体外索的合力点较高,预应力效果好

结构

评价 2. 主梁上产生的轴力较小 3. 体外索较长

4. 对于竖向荷载,刚度较大 1. 体外索平行,形式简洁 2. 力的传递给人感觉较为安全 3. 体外索形成面的感觉,比较新颖 1. 体外索合力点较低,预应力效果相对于扇型较差 2. 主梁上产生的轴力较小 3. 体外索在主塔上锚固较容易

EXTRADOSED PSC的概念和特点

3.5 体外索在主塔上的锚固方法

体外索在主塔上的锚固方法分为分离锚固方式和贯通锚固方式,按能否替换分为可替换和不可替换的方式。使用不可替换的方式时要使用抗损伤能力强和耐久性强的材料,并且需要细致的维护管理,因此使用可替换方式的体外索较为普遍。

分离锚固方式当采用可替换体外索方式时,为了保证锚固区域、再张拉、替换体外索等作业的空间,一般需要加高主塔高度或加宽宽度,但如果使用不可替换方式且在主梁处进行张拉作业时,不需要太大的作业空间,可以布置成与贯通锚固方式同样的形状。

贯通锚固方式一般使用于使用索鞍(Saddle)的钢筋混凝土桥墩,因为可以根据混凝土承载能力调整拉索的布置,所以可以充分发挥张拉力的效果。使用索鞍可以提高主塔的施工性,有利于到保证大偏心,但因为左右张力的差异,索鞍可能会移动,当采用可替换的体外索时,需要考虑作业空间和特殊措施。

体外索主塔顶部锚固方法

项 目

贯通锚固方式 索鞍锚固 锚固装置 分离锚固方式 分离装置 连接锚固

锚固

方式

1.

2. 贯通实体布置 在出主塔处固

定左右张力差 1. 2. 贯通实体布置 需要验算索锚固位置间隙引

起的扭矩 1. 2. 锚固于中空截面为了抵抗索张力引起的街面受拉,需要用钢材

或预应力钢筋加

强。 1. 2. 锚固于中空截面 索张力引起的锚固位置截面张力由钢梁承担,预防主塔产生拉力。 3. 可以减少索的锚固长度 特征 4. 因为索的最小

弯曲半径的限

制,钢束的幅

度受到限制 4. 3. 可以减少索的锚固长度 今后检查索锚固

位置比较容易 3. 截面稍大

EXTRADOSED PSC的概念和特点

3.6 体外索的防锈

体外索防锈方法采用最多的是用套管包裹后,在体外索和套管之间灌注填充剂。作为第一层防锈装置的套管有铜管、不锈钢管、铝管、聚乙烯管以及玻璃钢管等。使用不锈钢管时,为了防止电锈蚀,需要做绝缘处理;因为铝与水泥会发生化学反应产生氧气,使索发生脆性破坏,所以使用铝管市,不能用水泥做填充剂。作为第二层防锈装置的填充剂一般有水泥浆、树脂油脂、 石蜡以及聚氨酯等。

一般来说,考虑到工程实例、施工性、经济性等,使用聚乙烯管以及玻璃钢管注入水泥浆的方法是较为普遍的方法。在腐蚀较严重的环境下,一般会在注浆前做好索的防锈、注浆后为提高耐久性用环氧树脂包裹。不管使用那种防锈方式,索的耐久性由第一层防锈装置套管决定,但考虑到不会有永久的保护套管,尽量应采用可以更换索的保护装置。

EXTRADOSED PSC的概念和特点

4. 矮塔斜拉桥与混凝土斜拉桥的比较

如前所述,将矮塔斜拉桥的特点以及与钢筋混凝土斜拉桥的比较结果整理成。

矮塔斜拉桥与钢筋混凝土斜拉桥的比较 项目 混凝土斜拉桥 矮塔斜拉桥

木曾川桥(日本,2000年),主跨 275m

通过索的大偏心布置,给主梁施加预应力

承受上部大部分荷载

梁高为: L/30~L/35(支座)

L/50~L/60(跨中)

梁高与跨度有关,一般介于斜拉桥和梁桥的

梁高之间,比一般梁桥的梁高要低

塔高与桥跨度比: L/3~L/5

主塔

主要采用分离锚固

因为活荷载引起的应力变化较大,需要考虑

疲劳的影响

设计 索 应力变化幅度为: 5~13 kg/mm

容许应力: ffa = 0.4 fpu

没有自身张拉应力损失

为了控制主梁的应力,施工中要调索

通过调索,可改善主梁应力和位移

施工

主梁 主梁刚度较小,容易变形,需要严密的施工管理

主梁高度相同,施工较为方便

主塔

主梁 主塔较高,费用相对较高 主梁较小,费用相对较低

拉索较多,使用抗疲劳的索,费用较高(300

费用 索 ~4000万元韩币/吨)

主塔较高,施工架设费用较高

主塔较高,使结构重心偏上,考虑耐震,基

基础

础施工量较大 较为经济 很难通过调索改善主梁应力和位移 主梁刚度较大,不容易变形,施工管理较为容易 支座处为变截面时,施工较为复杂 主塔较低,费用相对较低 主梁相对较大,费用相对较高 体外索较少,使用一般预应力钢筋,费用较低(2000~3000万元韩币/吨) 主塔较低高,施工架设费用较低 上部结构重心相对较低,基础施工量较小,2 最大跨度 Skarnsundet桥(挪威,1991年),主跨 530m索 索支承着加劲梁,产生竖向分力 承受索支承点间的荷载,辅助作用 梁高为2.0~2.5m,与桥梁跨度无台大关系 结构 主梁 梁高较低,可以最大限度保证梁下空间 塔高与桥跨度比: L/8~L/15 主要采用索鞍贯通锚固 因为活荷载引起的应力变化较小,疲劳的影响较小 应力变化幅度为: 1.5~3.8 kg/mm容许应力: ffa = 0.6 fpu 需验算预应力损失中松弛引起的损失 施工时调索较困难 2

※ 由SK建设(株)土木技术组提供资料

范文十:矮塔斜拉桥索鞍静力分析

总第 2 6 6 期  2 0 1 4年第 5期

Tr a n s p o r t a t i o n   S c i e n c e & Te c h n o l o g y

Se r i a l   No .2 66   No .5   Oc t . 2 01 4

矮 塔 斜 拉 桥 索 鞍 静 力 分 析

张 树 清  屈 计 划

( 安 徽 省 交 通 规 划 设 计 研 究 总 院股 份 有 限 公 司  合 肥  2 3 0 0 8 8 )

摘  要

结合一 座矮塔斜拉桥设计 、 整体计算 情况 , 为研究骑 跨式索鞍 局部受力 状况 , 采 用 三 维 有

限元 软 件 建 立 矮 塔 斜 拉 桥 索 鞍 区 有 限元 模 型 , 选取 整体计 算 中最不利 荷载进 行静力 分析 , 得 到 了

桥 塔 索 鞍 区混 凝 土 和 索 导 管 应 力 分 布 状 况 , 分析 索鞍处混 凝土 应力规 律 , 对 索 鞍 锚 固 区设 计 方 案

进行综合评 价 , 并 提 出改 进 建 议 。   关 键 词  矮 塔 斜 拉 桥 索鞍 有 限元 静 力 分 析

矮塔斜 拉 桥 的索塔 较矮 , 斜 拉索较 短 , 为方 便  施工 , 节 省 材料 , 减 小索 塔 尺 寸 , 往 往 在 索塔 内设  置索 鞍 , 使 斜 拉 索 连续 通 过 索 塔 。斜 拉 索 采 用 镀  锌 钢 绞线 拉索 , 索 体 由多 根 无 粘结 高强 度 钢 绞 线  组成 , 外层 由 HD P E外 防护套 多 层 防护 。在锚 固  区, 钢绞线 有 P E导 管组 件 防护 , 其 端 部 浸 泡在 油  脂中, 在塔 柱 鞍座 内灌 注专 用填 充 型密封 胶 , 成桥  后或 大桥 运 营期 间都不 得 在锚 固 区或塔 柱鞍 座 内  裸露 的钢 绞线 表 面 直 接灌 环 氧树 脂 、 沥 青 或水 泥  浆, 使钢 绞线 不 能 单 根 更 换 。钢 绞 线 拉 索 可 以单  根穿 索 、 单根张拉 、 单 根 测试 检 查 , 并 可 以单 根钢  绞线 调 索和换 索 。

1   工 程 概 况

梁, 主墩采用 双薄壁墩 , 下部 采用承 台及群桩基础 。

图1   矮塔斜拉桥总体布置 图( 单位 : m)

某矮塔 斜 拉 桥 跨 径 布 置 为 1 2 0   m+ 2 0 0   I T I +

1 2 0   m, 主桥全 长 4 4 0   I T I , 见图 1 。主桥结 构 体 系采  用 塔 墩梁 固结 的形 式 , 主 梁采 用 变 高 度斜 腹 板 箱

收 稿 日期 : 2 0 1 4 — 0 6 — 1 2

斜 拉 索为 单索 面 , 横 桥 向双排 布 置 , 从 塔底 至  塔顶 分别 为 1 ~1 6号斜 拉索 , 梁 上索 距 4 . 0   m, 塔  上索 距 1 . 0   I T I , 拉索分别采用 3 1 , 3 7根 光 面 钢 绞  线组 成 。主塔 采 用 独 柱 矩形 塔 , 布 置在 中央 分 割  带上 , 塔高 3 5   1 T I ,

计算高度 3 1   m, 塔顶 4   m 为 装  饰段 ; 塔 身设 置鞍 座 以便拉 索顺 利通 过 , 主塔顺 桥  向长 6 . 0   m, 横 桥 向宽 2 . 5   1 T I , 塔 上斜 拉 索理 论 竖  向间距 1 . 0   m, 横 向双排 布 置 , 双 排 间距 0 . 8   r l R 。   鞍 座采 用矩 形分 丝管 形 式 , 见图 2 , 每 根 分丝  管穿一根钢绞线 , 以便 将 来 可 以单 根 换 索 。 在 两

5   结 语

参 考 文 献

( 1 )大 型 桥 梁 建设 项 目对 设 备 性 能 要 求 高 ,   进行 项 目大 型特种 施工 机 械配置 和选 型 时需 深入

[ 1 ]   林贵瑜 , 史  勇 . 动臂塔式起重机及其 发展趋势[ J ] .

建筑机械化 , 2 0 0 7 , 2 8 ( 1 2 ) : 2 2 — 2 4 .

了解 分析 施工 特 点 、 工 艺工 序 , 对 拟使 用设 备 的设  计 和工作 原理 进行 详 细分 析 , 解 决施 工难 题 。   ( 2 )将 最 大 起 重 力 矩 控 制 在 最 小 范 围 内 , 合  理设 置设 备 的位 置 , 通 过 相 应 的改 造 提 升 了设 备  的最 大 起重 量 。改造 后 的塔式 起重 机在 鄂东 大桥  南 主塔 施工 中得 到 了成功 应用 。   ( 3 )该 方 案 的成 功 实 施 , 大 幅 降低 了项 目大  型特种 设备 的使 用成 本 和安全 风 险 , 提 升 了效率 ,   对 同类 建设 项 目有一 定借 鉴 意义 。

E 2 ] 王 良文 , 王

雷. 塔 式 起 重 机 参 数 化设 计 E J ] . 工 程 机

械, 2 0 0 8, 3 9 ( 1 2 ) : 2 1 - 2 5 .

[ 3 ] 姚新胜 , 黄洪钟. 塔 式起 重 机 安 全 性 研 究 [ J ] . 工 业 安

全 与 防尘 , 2 0 0 0 ( 4 ) : 3 5 — 3 9 .

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出版 社 , 2 0 0 2 .

张 树 清  屈 计 划 :矮 塔 斜 拉 桥 索 鞍 静 力 分 析

2 0 1 4年 第 5期

侧斜 拉 索 出 口处 设挡 板 。索塔 锚 固采 用索 鞍形式

分丝 管 构造 , 分 丝 管 由 多根 平 行 的导 向钢 管 并排

加 载在 套管底 面 圆弧 段处 。   局 部应 力分 析 中, 有 限 元 模 型 的边 界 条 件 可

焊接 而 成 , 配 合 钢绞线 索 使用 , 导 向钢管 的数量及  排 布 与梁端 锚具 孔位 一致 。拉 索 中 的各根 钢绞 线

穿过 对 应 的导 向钢管 , 互 不干 涉 , 导 向钢 管 可承 受

各股 钢 绞线先 后张拉 造成 的挤 压 。

分 为位 移边界 条 件 和 力 的 边界 条件 。 应 按 全 桥 总  体计 算 得到 的 内力和 位移 加在模 型 上 。矮塔 斜拉

桥 局部 分 析 的 目的 是 研 究 该 区 域 的应 力 分 布 情  况, 索力 荷载 简化 为索 导管 底 面的 面荷载 , 在 局部  分 析模 型 的索 导 管 底 面施 加 力 的边 界 条 件 , 在 局  部模 型底 面 约束所 有 自由度 。   2 . 3   荷 载工 况

在局 部分 析 中结 合 整 体 计 算 的 工况 结 果 , 选

取对 结构 最不 利工 况进 行 局部分 析 。综合 考 虑选

2 钢 套 僻 构 造 图

取正 常使 用极 限状 态组 合 下最大 索 力 。斜 拉索 安

全 系数按 不小 于 2 . 0号虑 为 0 , 荷载 选取 S 1 6 , J 1 6   最 大索 力 4   3 3 0   k N; S 1 5 . J l 5最 大索 力 4   3 0 5   k N,

2 计算模 型

2 . 1 有 限 元

全 桥整 体平 面计 算结 果 只能 反映结 构 整体 安  全性 能 , 不能 反 映结 构 局 部 应 力状 况 。索 鞍 区 钢

套管 与 混凝 土 连 接 , 构 造 较 为 复 杂 。 每 个 桥 塔 设

模 型考 虑鞍 座钢 套 管 作 用 , 索 力 加 载 在索 导管 底

面 f ’

3   结 果 分 析

置 1 6对 斜拉 索 、 1 6个索 鞍 , 每 个 索鞍 都 一 一 进行

计算 耗 时耗 力 。根 据 全 桥 整 体 计 算分 析 结 果 , 考  虑全 桥施 工过 程 及 受 力 情 况 , 选 取 正 常 使 用极 限  状态 最 大索 力进 行 局部分 析计 算 。根据 圣 维南原

理, 选取 索塔 靠 近塔顶 2个索 鞍 区问 , 采 用通 用有  限元 软件 ANS YS建 立索 鞍 区的空 间仿 真 计 算模  型, 为减少计算规模 , 选取 1 / 4模 型 进 行 分 析 汁

算, 计 算 结 果 采 用 ANS YS模 型 扩 展 技 术 进 行 处

对 索鞍进 行 有 限 元分 析 , 得 到最 大 索 力 作 用  下应 力分 布 , 见图 4 ~  6 。

一m一 " "

理, 索鞍 局部 有 限元 模 型 , 见图 3 , 空 间 分 析 模 型

中不 考 虑 普 通 钢 筋 的作 用 , 桥塔 采用 C 5 0混 凝

土, 钢套 管采 用 Q2 3 5 c 钢材 。

a )索 鞍 模 型

b ) 斜 拉 索 钢 导 管

图 3 索 鞍 空  分 析 有 限 元 模 型

2 . 2 边 界 条 件

图 5 索 塔 第  三主应 力 云 图/ MP a

256 556

假 定索 导 管与 混 凝 土 塔 柱 之 间连 接 可靠 , 无

滑移 , 有 限元模 型 索 导管 与 混凝 土连 接 采 用 共 节

点 处 理 。由于施 工 时桥 塔斜 拉索 套管 端部 同 时被

锚 固住 。 忽 略拉 索 与管壁 间 的径 向摩擦 力 , 由平 衡

条 件 将 作 用 于 套 管 的 径 向 线 均 布 压 力 等 效 为

q  = = = 百 l " y

式 中: F  为单 根 索 张力 ; R=5   m 为 套 管

j、

弯 曲半 径 , 然后 将 径 向均 布 力 以 面荷 载 形 式 等 效

2 0 1 4年 第 5 期

张 树 清  屈 计 划 :矮 塔 斜 拉 桥 索 鞍 静 力 分 析

2 7

由图 4 ~ 图 6可 见 :

图结 果 显示 索 鞍 在 静 力 结 构 应 力 幅水 平 表 现 良   好 。由于采 用矩 形索 导管 在索 塔锚 固区鞍座 底 和  塔壁 直 角倒 角处 , 会产 生 一条应 力 较大 线 , 索 导 管

( 1 )图 4应 力 云 图显 示 , 索 鞍 区 主 拉 应力 在

0 ~1 . 8 3 1   MP a之 间 , 主压应 力在 O ~一4 . 5 1 3   MP a

之 间 。索塔锚 固区鞍座底 和侧壁直 角倒 角处 , 混 凝

土 产生一 条 拉 应 力 线 , 应 力 大 多在 1 . 1 9 3 ~1 . 5 1 2

直 角倒 角 外 局 部 混 凝 土 拉 应 力 超 出 规 范 容 许 应

力, 需 加强鞍 座 周边 混凝 土钢 筋配 置 ; 鞍 座 锚 固 区

MP a之间 , 索 鞍弧 形 顶 点 处混 凝 土 局 部 拉 应 力 较

大, 达到 1 . 8 3 1   MP a 。

压 应力 受力 均 匀 , 应 力 值 均 满 足 规 范要 求 。建议  在 满足 施工 的条 件 下 , 索 鞍处 在 拉 应 力 比较 大 的  区域 , 适 当增 加 钢 筋 密 度 。在 压 应 力 比较 大 的区  域, 建 议适 当考 虑局 部增 强 。

( 2 )图 5应 力 云 图显 示 , 索 鞍 混 凝 土 的压 应  力 分 布较 为均 匀 , 鞍 座槽 口处底 缘 最 大 压 应 力 为  4 . 5 1 3   MP a , 但 是 这 个 压 应 力 值 只是 1 6 , 1 5号 索  产生的, 靠 近塔 底 索鞍 1号槽 口处 压 应 力 应 该更  大, 包含 2 ~1 6号索 压力 的 累积 。

参 考 文 献

( 3 )图 6应 力 云 图显 示 , 索 鞍 钢 套 管 等 效 应

力 最 大为 1 3 . 8 6 9   MP a , 远 小 于 钢 材 Q2 3 5 c容 许

应力 1 8 5   MP a 。

[ 1 ] J TG   D 6 2 —2 0 0 4公 路 钢 筋 混 凝 土 及 预 应 力 混 凝 土  桥涵设计规范I s ] . 北京: 人 民交 通 出版 社 , 2 0 0 4 .

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塔 柱混 凝 土采 用 C 5 O混凝 土 , 其 轴 心 抗 压 强

度 设计 值 f  一2 2 . 4   MP a , 抗 拉 强 度 设计 值 f  =

1 . 8 3   MP a 。钢 套 管 索 塔 锚 固 区应 力 线 处 局 部 拉

应 力 超 出规范 混 凝 土设 计 应 力 ; 索鞍 锚 固 区压 应

- I 3 ] 柯善刚 , 彭

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力 受 力均 匀 , 应 力值 处 于较低 水 平 ; 钢 套管 整体 受  力水 平都 不 高 , 满 足 应力 规 范要 求 。斜 拉 索 作 用  在索 鞍上 的力 绝 大 部 分被 钢套 管 承 担 , 钢套 管 起  到 了传递 、 分 散应 力 的作用 。

4   结 语

I s ] 孙召宝 , 连乐强. 部 分 斜 拉 桥及 结 构 设 计 初 探 I - J - 1 . 交

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分析[ J ] . 铁 道 标 准设 计 , 2 0 0 9 ( 1 ) : 4 2 — 4 4 .

通 过对索 鞍 局 部模 型进 行 静 力 分 析 , 应 力 云

S t a t i c   Ana l y s i s   o f   t h e   Ca b l e   Sa d d l e   o f   a   Lo w。 。 p y l o n   Ca bl e ‘ 。 s t a y e d   Br i d g e

Zh a n g   S h u q i n g,Qu   J   i h u a

( An h u i   Tr a n s p o r t   C o n s u l t i n g   8 L   De s i g n   I n s t i t u t e   Co ., Lt d . ,He f e i   2 3 0 0 8 8 ,C hi n a )

Ab s t r a c t :Ac c o r d i n g   t o   t h e   d e s i g n   a n d   t h e   g l o b a l   a n a l y s i s   o f   a   l o w— p y l o n   c a b l e — s t a y e d   b r i d g e ,t h r e e — d i —

me ns i o na 1   f i n i t e   e l e me n t   mo d e l   i 8   s e t   up   vi a   t he   f i n i t e   e l e me nt   a na l y s i s   s o f t wa r e, a nd   t he   s t r e s s e d   pe

r —

f o r ma nc e   o f   t he   s t r a d dl e — t y pe   c a b l e   s a d dl e   i S   s t ud i e d .I n   l o c al   a na l y s i s ,t he   s t r e s s   d i s t r i bu t i o n   o f   t h e   c o nc r e t e   of   c a b l e   s a dd l e   z o ne   a nd   c a bl e   t u be   a r e   o bt a i n e d   und e r   t h e   mos t   u nf a vo r a bl e   1 o a ds   whi c h   i S   o b—   t a i n e d   f r om  gl o ba l   s t a t i c   a n a l ys i s . The   d e s i gn   s c h e me   o f   c a bl e — py l on   a nc ho r a ge   z o ne   i s   e va l u a t e d   b a s e d   on   t he   a na l y s i s   o f   t h e   s t r e s s   d i s t r i b ut i on   of   c a bl e   s a d dl e,a n d   s e v e r a l   i m pr ov e me n t   o pi n i o ns   a r e   pu t   f or —

wa r d.

Ke y   wo r d s:l ow- py l o n   c a b l e — s t a y e d   b r i dg e;c a bl e   Sa d d l e;FEM ;s t a t i c   a na l y s i s