關(guān)于斜張橋設(shè)計的研究

張春霞

(建設(shè)綜合勘察院,北京 100007)

關(guān)于斜張橋設(shè)計的研究

張春霞

(建設(shè)綜合勘察院,北京 100007)

有關(guān)斜張橋設(shè)計有許多的研究與探討,這些相關(guān)的研究構(gòu)成現(xiàn)今斜張橋通用的設(shè)計方法,以下將簡要的說明之。斜張橋的設(shè)計較其它型式的橋梁要來得復雜,所要考慮的條件及檢核的項目也較多。斜張橋形態(tài)多樣,自由度較大;需考慮耐風、主梁,主塔與吊索的施工方法等。

斜張橋 設(shè)計 研究

1 設(shè)計重點事項

1.1 調(diào)查工作

設(shè)計前必須對橋位、地形、地質(zhì)、土壤、氣象、水文、通航高度及寬度、交通量、載重標準、坡度、與地面交通的連接、地震強度、材料來源、施工經(jīng)驗、景觀要求等,作全面的調(diào)查研究。

1.2 跨徑及塔高

針對斜張橋最佳配置可區(qū)分為二跨及三跨連續(xù)橋梁,其主塔高度與主跨徑比以及主跨與側(cè)跨比如圖1,主塔高度指橋面以上之塔高,假設(shè)主塔高度為H,側(cè)跨徑長L1,主跨徑長L2。當跨徑為三跨雙塔配置時,塔高與主跨徑比(H/L2)為1/6～1/5,主跨與側(cè)跨比(L2/L1)為2～4(一般取2．5);當跨徑為二跨單塔配置時,塔高與主跨徑比(H/L2)為1/4～1/3,主跨與側(cè)跨比(L2/L1)為1～2(一般取1．25)。

1.3 主梁

斜張橋疏索系主梁一般取1/40～1/50主跨徑長度;密索系主梁主梁一般取1/15～1/18節(jié)塊長度或1/100～1/200主跨徑長度。主跨中央無吊索支撐長度可較其他節(jié)塊長度增加20～30%。考慮橫向風力穩(wěn)定,橋?qū)捙c主梁深比值(B/h)一般宜大于8,最低限度不小于6;另外主跨與橋?qū)挶?L2/B)不宜大于30。

1.4 吊索

斜張橋吊索應采單索面或雙索面的配置,必須考慮到橋?qū)挕蛩男褪?主梁斷面形狀、索型及耐風穩(wěn)定性等因素。因電算機及分析軟件的進步改善超靜定結(jié)構(gòu)的問題,斜張橋吊索體系漸由疏索演變至密索體系。最佳吊索與主梁夾角為45度,合理范圍為25～65度,吊索間距縮小至6～10m,最小為4．5m,密索體系索縮短彈性支承跨徑,減少梁深,并能分散吊索拉力,簡化端錨構(gòu)造,更能配合懸臂施工法施工,以及未來更換吊索之需求。

1.5 材料型式

對于梁、塔、索的材料紀要符合需要,又要因地制宜。配合主跨徑可選用預力混凝土、鋼構(gòu)造或復合式構(gòu)造。一般主梁采鋼構(gòu)造時,主塔可采混凝土或鋼構(gòu)式;若主梁采預力混凝土材料,則主塔通常亦采混凝土構(gòu)造。目前預力混凝土構(gòu)造斜張橋最大跨徑為530m,當主跨徑長超過600m時,常選用鋼構(gòu)式或復合式構(gòu)造。

1.6 支承體系型式

表1

支承體系型式有飄浮體系、支承體系、固接體系、鋼構(gòu)體系等,可先參考同類型橋梁暫定支承系統(tǒng),并在初步設(shè)計時間分別比較溫度與地震載重對橋塔之影響,以決定其最佳支承體系型式。

1.7 錨墩及輔助墩

斜張橋在兩側(cè)伸縮縫端需設(shè)置錨墩,以抵抗各種載重產(chǎn)生的上揚力,并允許錨墩頂?shù)闹髁耗茏魉揭苿印Ｔ谝?guī)劃階段可不先設(shè)置輔助墩,如結(jié)構(gòu)分析結(jié)果主塔應力過大,或因施工、抗風之需要,則可考慮設(shè)置輔助墩。

1.8 施工

包括場鑄或預鑄組裝、施工設(shè)備、安裝步驟等。針對工址條件提出初步可行的施工工法,主塔常用爬模工法或節(jié)塊組裝工法,主梁常用懸臂工法、場鑄工法、推進工法、平移工法或逐一跨徑法。

2 靜載重

靜載重包含自重及附加載重,為整個結(jié)構(gòu)體所有構(gòu)件重量未經(jīng)更精確的分析計算(表1)。

3 活載重

公路橋梁設(shè)計活載重考慮超載及增加橋梁壽命,一般采用載重放大1．25～1．3倍;三車道載重折減90%,四車道以上折減75%;沖擊載重I＝15．24／(L＋38．1),最大不超過30%。活載重沿主梁分布,依影響線計算彎矩、減力及軸力應力包絡(luò)線。

1通則

在橋面或其他臨時結(jié)構(gòu)上之公路活載重應為“標準貨車”或相當于貨車行列之“車道載重”。

2HS(MS載重)如圖2、3所示,為一曳引車后附掛一輛拖車,或相當之車道載重。HS(MS)載重以HA(MS)表示之,期后附一個數(shù)字,該數(shù)字即為曳引車總重之噸數(shù)。曳引車與拖車間之軸距可以變動,俾能與實際所用之拖車相符。此種可變動之間隔,能使連續(xù)結(jié)構(gòu)獲得更適當之載重,因兩個重軸之載種可放于相鄰兩跨距,使之產(chǎn)生最大負彎距。

W:前兩軸之總重

V:距力可自4．25m變至9．15m,以采能產(chǎn)生最大應力之距離

以HS20(MS18)貨車設(shè)計木板及鋼床鈑橋面時不含橫梁采用11000kg(108kN)之單軸載重或用每個軸重7300kg(72kN)之雙軸載重相距1．20m,視何者能產(chǎn)生較大之應力而定,不用上圖所注之14600kg(144kN)軸重。設(shè)計橋面版時,輪之中心線應假定距緣石面30cm。

4 結(jié)語

根據(jù)工址條件研擬數(shù)種可行的結(jié)構(gòu)型式方案,評估確立整體結(jié)構(gòu)型式及系統(tǒng)后,分別進行耐風及耐震的分析,且同時進行建立結(jié)構(gòu)分析模式,依規(guī)范規(guī)定輸入各種載重及相關(guān)組合,此后選用程序分析軟件進行靜力及動力分析,由其輸出應力結(jié)果作構(gòu)件設(shè)計及強度之檢核。

[1]項海帆.現(xiàn)代橋梁抗風理論與實踐[M].人民交通出版社,2005.