雙層預應力混凝土自錨式懸索橋設計分析

張杰

（重慶路威土木工程設計有限公司，重慶 400060）

0 引言

對于懸掛橋來講，發展歷史是非常長的，在1883年，吊橋進入了快速發展時期。近代懸索橋之所以得到良好的發展，主要表現在兩方面，分別是布魯克林橋的構建，在構建該橋的時候，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新，并且對近現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，一種特殊類型的懸索橋隨之出現，其是自錨式懸索橋，該種類型的懸索橋產生的作用極高，伴隨著新時代的發展而日益完善，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開展期間全面實施了自錨式懸索橋的設計工作，并且落實了基本的設計要點。

1 對于自錨式懸索橋特征的分析

通過相關探究來看，自錨式懸索橋本身有著諸多的特征，其中，相關的特點表現在多個環節上。①在主梁端部設置了主纜錨固，該項操作可以節省成本，確保讓軟土地基建設懸索橋的安全性以及穩定性，使得錨式懸索橋設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構中的一部分，將軸向力落實與主梁中，可以優化主梁本身的受力效果，除了有利于增強經濟性之外，還從一定程度上優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，主攬初應力在高度中產生的效果不佳，基于此，對于自錨式懸索橋高度來講，通常應用索、梁組合體系，以上環節便是影響自錨式懸索橋跨徑的實質性原因。除此之外，結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，結構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 國內已經建設的自錨式懸索橋

2 橋梁方面的設計工作

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，設計出來的方案和當地領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，穩定性高。

2.2 對主梁進行合理的設計

橋梁設計涉及兩點，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。而人行橋則是應用鋼結構縱橫梁，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構的穩定性。

2.3 主塔方面的設計

主塔在橋梁中的地位極高，其屬于一項基本的受力構件，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，塔柱內部壁厚1.0m。

2.4 應用纜吊車系統

目前，纜吊系統的組成結構特別多，具體包含了主纜和吊索鎖夾等。

當實施主纜中跨設計工作的過程中，必須控制好相關的比例，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，必須應用有著較強性能的鍍鋅平行鋼絲。最后，在鎖夾應用期間，結合鑄鋼結構，保持對合性，采用螺栓結合起來，確保強度。除此之外，全鑄式傳統結構適合被應用到主索鞍內。

2.5 下部結構和抗震方面的設計要點

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構。其中，主塔基礎施工期間，應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。目前橋位所處領域有著較強的抗震設防烈度，因為特大橋是非常重要的，因此務必加強對其的抗震設計力度，引進黏滯阻尼器，把它落實于主塔和梁板內，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，還必須應用鉛芯橡膠支座，強化抗震效果。

2.6 獲取的結果

現階段，當進行總體靜力計算的過程中，需要制定出規范的流程，針對于以上論述的各項結構，則是實施空間結構模擬操作。根據下表中得出的計算分析模型來看，橋梁的穩定性和強度良好，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建模型，然后獲取準確的數據，如圖1、圖2所示。

經過相關分析驗算來看，混凝土強度均處于較高的狀態。

3 橋梁設計技術面臨的各項難點

在橋梁設計工作開展期間，還存在著各種各項的難點問題，這些問題是設計期間需要明確注意和預防的。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，屬于一項雙層預應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，在設計期間，應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出來，使其和標準要求相符合。

（2）將橋梁結構和建筑結構結合到一起產生一定的受力性能，而主塔則是兩者的基本受力體系。當進行設計的過程中，務必了解到橋梁和建筑結構內的各項要點，合理的進行設計，以免產生橋塔受力不均勻現象，只有受力性能滿足標準要求以后，才能夠繼續實施工作，最終將具體優勢全面體現出來。

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

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

4 結語

從以上論述來看，在城市橋梁全面建設的背景下，自錨式懸索橋因為優勢極高，性能良好，造型美觀等諸多優勢而受到了設計人員的廣泛重視，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展趨勢。