探討矮塔斜拉橋結構及設計特點

林　晨，郭海波

(浙江省科威工程咨詢有限公司)

?

探討矮塔斜拉橋結構及設計特點

林晨，郭海波

(浙江省科威工程咨詢有限公司)

摘要：在工程建設中，設計人員需要正確認識到矮塔斜拉橋設計過程中容易出現的問題，再結合本次工程中質量控制的要求，不斷優化設計方法，保證矮塔斜拉橋設計具有可行性。

關鍵詞：矮塔斜拉橋；結構；設計特點

1矮塔斜拉橋設計要點

(1)能進一步壓縮橋梁建筑高度，進而減少橋梁長度；(2)減小橋塔高度；(3)強化斜拉索抗疲勞能力。在混凝土主梁設計中，要保證斜拉橋主跨徑為(200±100)m。

在材料選擇中，主梁、墩身等采用高標號混凝土，主梁采用C60，主塔、墩身等采用C50。在主梁梁高確定中，可以參考公路斜拉橋設計細則的相關內容。同時要表明矮塔斜拉橋不同拉索所承擔的荷載，與普通橋梁不同的是，矮塔斜拉橋橋梁的大小與拉索用量相關，拉索數量越大，則梁高可選用的數值越小。在確定主塔墩尺寸時，需要將主塔橋面以上高度控制在主跨跨徑1/10左右，并隨著塔高的增大而增大，最終達到改善主梁受力結構的目的。

2矮塔斜拉橋結構與設計分析

2.1　矮塔斜拉橋主梁設計

與其他種類橋梁相比，矮塔斜拉橋最突出的特點就是塔高小，這一特點導致斜拉索與主梁之間的夾角小，其所提供的豎向分力能大幅度抵消梁體所承受的豎向內力。從客觀角度來講，主梁上所承受的壓力、彎力等均是由梁體與斜拉索共同完成的，主梁是承受彎壓力的關鍵。同時，主梁材料變截面箱梁也是一種具有良好應用價值的設計方案，通常采用單箱三室、單箱單室等截面設計方案。

統計若干著名矮塔斜拉橋主梁設計參數，具體資料見表1。

表1　矮塔斜拉橋主梁設計參數

同時，日本學者山崎淳等橋梁專家采用盧與Y兩種數據對橋梁特征進行界定，其認為：纜索豎向剛度與主梁剛度之間的比值為

式中：si代表纜索單位張拉力伸長量豎直分量；Gmax代表特定纜線位置主梁在該方面豎向作用力的豎向位移情況。

上述公式的出現為矮塔斜拉橋主梁設計質量控制提供參考數據，具備良好的應用價值。

2.2　矮塔斜拉橋主塔設計

在矮塔斜拉橋主塔設計中需要考慮：拉索豎向分力所引起的軸向壓力、其所要承受的斜拉索拉力所引起的彎矩等，只有能充分滿足上述要求，才能保證主塔設計具有可行性。矮塔斜拉橋受力能力受到主塔、主梁等因素影響，其中，主塔的作用就是增大體外預應力筋的力臂，確保能有效承受豎向軸分離，并通過優化斜拉索索力改善受力結構，避免出現受力損傷現象。

(1)設計矮塔斜拉橋高度。需要正確認識到其與橋梁主跨跨徑之間的關系，再以此思考斜拉索索面布置形式、拉索鎖距等問題。在跨徑等數據基本相同的情況下， 塔高降低，且斜拉索傾角減少，則主梁受到的正負彎矩絕對值越大。

(2)確定縮塔錨固港式。在無特殊施工要求的情況下，可采用傳統的貫通式索鞍錨固方式與鋼錨箱錨固。

與貫通式索鞍錨固相比，鋼錨固箱錨固的主要方法為：鋼錨箱從常規斜拉橋斜拉索錨固引用過來。其錨固效果良好，但造價較高，難以實現大規模推廣。在設計過程中，在鞍座區設置一定數量的抗滑裝置，避免斜拉索在施工中出現任何位移情況，也要保證能自由的完成更換斜拉索工序。常見的鞍座結構分為分絲管構與雙套結構兩種形式。其中，分絲管結構的受力效果更好。其采用了分絲技術，由多根相互平行的鋼管組成，拉索不是整數的設置在一根鋼管中，而是分別穿過分向鋼管，相互不干涉。

2.3　矮塔斜拉橋斜拉索布置

在一般的斜拉橋設計中，主要采用沿縱方向的全橋布索方式，與之相比，矮塔斜拉橋中的中跨跨中、邊跨、塔根處不設置斜拉索。矮塔斜拉橋無索區長度是影響其力學行為的重要設計參數，從多數工程的實際情況來看，塔根部無索區長度與跨徑比值與“細則”接近，但跨中無索區長度與跨徑比值則比“細則”小。在實際設計中，設計人員更是有效利用上述特點來達到發揮斜拉索預應力效應的目的。

在設計中，主要根據拉索位置將其劃分為分單索面與空間索面，按照其在橋梁縱向布置情況將其劃分為豎琴索與扇形索。目前，我國矮塔斜拉橋在設計中，主要采用扇形索形式，通過有效利用橋塔高度，強化拉索豎向分力情況，其主要規格為：塔上索距：(0.8±0.2)m，梁上索距(5±1)m。

2.4　矮塔斜拉橋體系設計中的敏感參數分析

以溫度為例，分析矮塔斜拉橋體系設計中的敏感參數。在橋梁施工建設來看，溫度變化會對橋梁質量產生重要影響(主要指晝夜溫差與季節溫差)。為保證橋梁質量，在設計過程中需要正確認識到溫度變化對橋梁的影響。

從當前矮塔斜拉橋設計施工過程來看，晝夜溫差對橋梁的質量影響更加顯著，因此在設計過程中，需要正確處理混凝土施工質量檢測的流程，通過加強對混凝土質量的控制，降低晝夜溫差變化對結構受力情況的影響。

3結束語

矮塔斜拉橋在我國的發展時間較短，屬于一種新型橋梁，具備外形優美、剛力分布均勻等優點，具備良好的發展空間。主要討論了矮塔斜拉橋結構設計與的相關問題，并結合設計流程，對設計階段的質量控制工作進行討論。在設計過程中，需要正確認識到矮塔斜拉橋的基本結構與特點，并結合多中設計質量控制措施，切實解決橋梁設計中存在的問題，推動橋梁整體結構的優化升級。

參考文獻：

[1]劉志華.汾河六塔三索面矮塔斜拉橋的設計特點[J].山西交通科技，2013，(5)：23-30.

[2]武芳文，趙雷.大跨度斜拉橋施工力學行為參數敏感性分析[J].蘭州理工大學學報，2011，33(6)：123-130.

[3]吳寒冰，李凡.斜拉橋塔梁同步施工的技術研究[J].安徽水利水電職業技術學院學報，2011，(2)：11-13.

[4]葉認秋.矮塔斜拉橋的結構特點和工程質量控制研究[J].橋梁與隧道工程，2012，(15)：49-51.

收稿日期：2015-02-08

中圖分類號：U445

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2015)08-0153-01