矮塔斜拉橋定義特點及設計

矮塔斜拉橋概述矮塔斜拉橋的定義和特點矮塔斜拉橋為近20年來出現的一種新橋型，瑞士、日本、韓國等一些國家這幾年修建了多座這種橋梁。由于它優(yōu)越的結構性能，良好的經濟指標，越來越顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿?。我國在這種橋型上起步稍晚，2001年建成的漳州戰(zhàn)備大橋，是國內第一座真正意義上的矮塔斜拉橋。對于這種橋型的稱謂尚未統(tǒng)一。日本的屋代南橋與屋代北橋為兩座輕載鐵路橋，初看起來象斜拉橋，因而日本的橋梁界對其籠統(tǒng)地稱為斜拉橋。小田原港橋是一座公路橋，日本橋梁界沒有把它稱為斜拉橋，而是沿用了法國工程師1988年提出的名稱—Extra-dosedPrestressingConcreteBridge，即超配量體外索PC橋，簡稱EPC橋。實際上屋代南、北橋與小田原港橋其結構體系非常相似，同樣可以稱為EPC橋。在美國，這種橋有稱為“Extra-dosedPrestressingConcreteBridge”的，也有稱為“Extra-dosedCable-stayedBridge”的。國內的稱謂也一直存在爭論，1995年我國著名橋梁專家嚴國敏先生首次把它定義為“部分斜拉橋”。其含義是：在結構性能上，斜拉索僅僅分擔部分荷載，還有相當部分的荷載由梁的受彎、受剪來承受?！安糠中崩奔丛从谛崩鞯男崩潭取：髞韲鴥纫恍┪恼赂鶕@種橋型塔高較矮的特點，又把這種橋型定義為矮塔斜拉橋。矮塔斜拉橋的受力是以梁為主，索為輔，所以梁體高度介于梁式橋與斜拉橋之間，大約是同跨徑梁式橋的1/2倍或斜拉橋的2倍。截面一般采用變截面形式，特殊情況采用等截面。矮塔斜拉橋的橋塔一般采用實心截面。塔高為主跨的1/8~1/12，由于橋塔矮，剛度大，一般不考慮失穩(wěn)問題。梁上無索區(qū)較之一般斜拉橋要長，而且除了主孔中部和邊孔端部的無索區(qū)段之外，還有較明顯的塔旁無索區(qū)段。邊孔與主孔的跨度比值較之斜拉橋要大。一般斜拉橋邊孔與主孔的跨度比值一般小于0.5，多數在0.4左右，而矮塔斜拉橋與一般連續(xù)梁(剛構)橋相似，為避免端支點出現負反力，邊孔與主孔的跨度之比一般會大于0.5，較合理的比值在0.6左右。為了充分利用部分的高度，拉索多成扇形布置，拉索盡量向塔上部集中通過。塔頂索鞍的作用如同體外預應力索的轉向點，斜拉索在轉向點一般被固定而無滑動。在建成的矮塔斜拉橋中，索鞍鞍座普遍采用雙套管結構，即外鋼管埋設于混凝土塔內，內套管套在外鋼管中，斜拉索穿過內鋼管，在兩側出口處設置抗滑錨頭頂緊內管口，阻止內管滑移。斜拉索在梁上宜布置在邊跨中及1/3中跨處。此外，矮塔斜拉橋由于塔較矮，塔頂水平位移不會很大，因此沒有斜拉橋的特征構件一端錨索。同時在拉索用量上，由于矮塔斜拉橋以梁受力為主，索只起輔助作用，而且索的安全系數采用較低，因此，其斜拉索的用量明顯比一般斜拉橋要少許多。矮塔斜拉橋結構體系主要有塔梁固結、梁底設支座；塔墩固結、塔梁分離；塔梁墩固結三種形式。主梁和塔具有較大的剛度，容易設計成多塔橋梁。斜拉索可錨固于塔上，也可以索鞍形式通過橋塔。矮塔斜拉橋是介于連續(xù)梁(剛構)橋與斜拉橋之間的一種新型橋梁。因此它的受力特點與這兩種橋型既有聯系，又有區(qū)別。從總體上說，連續(xù)梁是以梁的直接受彎、受剪來承受豎向荷載，斜拉橋是以梁的受壓和索的受拉來承受豎向荷載，因此三者的最大差別在于梁的受力行為不同。研究梁的受力行為是研究矮塔斜拉橋的本質。圖1-1三跨連續(xù)梁結構示意圖及其彎矩示意圖圖1-2七跨連續(xù)梁結構示意圖及其彎矩示意圖圖1-3矮塔斜拉橋結構示意圖及其彎矩示意圖圖1-4多跨連續(xù)梁結構示意圖及其彎矩示意圖圖1-5斜拉橋結構示意圖及其彎矩示意圖學由烘圖繳1-哥1柜可知，跨中彎們矩及中間支座釋的負彎矩較大冒，而軸力為零耐。我們知道，氧同跨徑的簡支事梁和連續(xù)梁比陰較，連續(xù)梁的?？缰袕澗匾仍摵喼Я盒〉亩噘V，所以若要使京梁體所受彎矩洽減小，最有效原的辦法是減小灣梁的跨度，即仇增加支點。宣圖典1-桃2租就是在潑圖檔1-斷1飼的三跨連續(xù)梁寶中增客加漆4盆個支點，把三聲跨連續(xù)梁變成亡七跨連續(xù)梁，嘉有圖可見，梁燈體彎矩大大的拒降低。若所增孤加駁的障4謊個支點用斜拉衰索來替代，把乏單根較大的索制分成若干較小扮的索布置在附毛近，則形成矮萄塔斜拉橋，如濃圖匹1-癢3阿為了進一步減胖小梁的彎矩，扮可繼續(xù)增加支沈點，減小梁的差跨度，當支點垃增加至一定數渣量時，則梁的盡彎矩相當小，丸到如拳圖躁1-換4議所示，此時，貿把支承用斜拉鏡索來代替形成絨斜拉橋，如醫(yī)圖偽1-蹤5席所示：賄由頌圖議1-1~1-喊5癥可以看出，從拔連續(xù)梁、矮塔續(xù)斜拉橋到斜拉埋橋，主梁承受圈的彎矩逐漸減示小，而軸力卻獨逐漸增加。藥一般認為，當慶斜拉橋的豎向碌荷載承擔率超乘過添30糾%聾或斜拉索在活鞋載作用下的應康力變化幅超示過液50MP隔a衡，即進入斜拉賭橋范圍，斜拉楚索應力同取打0.依4排倍的極限應力呆，安全系數神取手2.劈5鍛而在矮塔斜拉去橋中，拉索應自力幅比一般斜桶拉橋中的應力倚幅小。因此其叉拉索的應力采永用體外預應力徑索的容許應力聯，就取鹿0.捏6嶺倍的極限應力徐，安全系數額為北1.6斯7馬。此外，矮塔鞏斜拉橋因為橋磨梁的剛度相對車較大，因此沒慧有斜拉索的主漆要特征構胳件猴—男尾索。從橋梁遞的角度來看。捏矮塔斜拉橋其嫩拉索相當于連歸續(xù)梁負彎矩區(qū)撥混凝土開裂后后鋼筋的作用，支承擔拉力，主室梁這時就是截怎面受壓區(qū)，但蓮同梁橋相比，奧其自重小。跨腿徑大；同斜拉償橋相比，拉索可較少，水平分鏟力就較小，從令而使得主梁的勒軸向力也就相椅對較小。膠綜上矮塔斜拉膠橋具有以下鮮研明的特點絕【陸1鬼】組：莫(1磁)可、美學景觀特貨征：矮塔斜拉現橋主梁高度是車連續(xù)梁澡的婚1/博2侵左右，具有纖界細、柔美的美譽學效果，克服輔了連續(xù)梁橋主他梁高度過大帶散來的壓迫感和挨橋梁上、下部賽結構不協調的予弊端。橋塔和馬斜拉橋的設置零使其具有斜拉耍橋宏偉、壯觀樸的感覺。難(2兔)略、跨徑布置靈化活：矮塔斜拉扎橋可設計成單蜘塔雙跨、雙塔佳三跨和多塔多最跨等不同的結才構形式。單跨領徑凝在狠100~娘300m杜范圍內為宜，亭克服了多塔斜罷拉橋做帶來的筋剛度不足和各往跨相互影響的淋弊端，發(fā)揮了發(fā)多跨連續(xù)梁橋株的優(yōu)點，無論輝在單孔跨徑和心總橋長設計方柳面均有較大的居選擇空間。瓦(3厘)暢、施工簡便：岔矮塔斜拉橋的僻施工方法與連泳續(xù)梁橋基本相仍同，可采用懸屋澆法施工。施銅工中不必進行結斜拉索二次索叨力調整。由于噸矮塔斜拉橋橋刪塔較矮，橋塔親施工也沒有斜陶拉橋橋塔施工探復雜。壤(4輔)真、經濟性好：紐通過國內外以附建成的矮塔斜土拉橋吵架分析足，該橋型每延令米造價與連續(xù)腸梁橋基本持平稼，低于一般斜即拉橋造價，具鼠有可觀的經濟犁效益。舍矮塔斜拉橋的嬌設計分析對矮塔斜拉橋的課總體布置及適慘用跨徑妙根據國內外目崇前已建矮塔斜辰拉橋跨徑比例雨分析，由于矮報塔斜拉橋剛度里比斜拉橋大，討接近于連續(xù)梁敞，其邊、中跨當比值常采莫用突0.52~0經.6葡5慰。在特殊情況慘下，邊、中跨寸比值亦可小棋于拔0.鉛5稅，這時，邊跨豐需采取措施，樹解決負反力問朱題。矮塔斜拉社橋由于其主梁寬要承受相當大宰的彎矩，主梁顫截面形式與斜第拉橋有很大不蓬同，而更接近須于連續(xù)梁。一辣般情況下，大懂部分連續(xù)梁采庭用的截面形式降都能適用于矮逐塔斜拉橋，但法矮塔斜拉橋更艱適宜采用變高泡度截面。其塔喬墩處梁高可采紛用相同跨度連腥續(xù)梁高的一半碧左右。在特殊掛情況下，主梁廊亦可采用等高綠度，此時梁高捕與跨度之比可臨采揚用疤1/35~1蝴/4庭5捕。在選擇主梁它截面形式時，護需注意斜拉索擋的布置及錨固煌要求。棄矮塔斜拉橋的圈適用跨徑由其倍特性決定，一物般適用跨徑宜排在認100~30稅0移m朋之間，若主梁宮采用鋼與混凝太土混合結構，?？鐝接型恍衅拼?00滅m送。雖然連續(xù)梁顛橋采用預應力割混凝土建造，撤能就地取材、殿工業(yè)化施工、提耐久性好、適堆用性強、整體削性好且美觀，讓這種橋型在設大計理論及施工竹技術上都發(fā)展挺得比較成熟。丑但由于結構本拔身的自重大（型約占全部設計慣荷載造的撲30詠%旺至限60只%燒），且跨度越徒大其自重所占流的比值更顯著限增大，大大限翁制了其跨度能愉力。還有大跨匙徑連續(xù)箱梁要歸采用大噸位支躲座，如南京二磨橋北汊獲橋鴉165璃m銹變截面連續(xù)箱再梁，盆式橡膠鑄支座噸位大。處這種大噸位支亡座性能如何、高將來如何更換死等一系列問題瞇有待研究和解已決。屯矮塔斜拉橋的海結構體系竭結構體系可選哭用塔梁固結、柿梁底設支座；謀塔墩固結、塔歇梁分離；塔梁孕墩固結券的頸3鐘種形式。塔梁脊固結、梁底設顯支座形式適用肢于跨度不太大男的橋梁，支座啊噸位不至于過丹大，它的特點運是塔根彎矩較桐小，塔兩側索仿力差較小，結迅構的整體剛度味較小。塔墩固些結、塔梁分離絨形式適用于跨繡度稍大，墩高棕較矮的橋梁，躍它的特點是橋帝墩彎矩較大，蒙塔兩側索差較喬大，結構的整村體剛度較第一融種形式大。塔愁梁墩固結形式脾適用于跨度稍成大，墩高較大泡的橋梁，結構原體系類似于連稈續(xù)剛構，它的徑特點接近于第尋二種形式。納進行橋梁設計訂時，應對結構豐體系的選擇作碼慎重考慮，選禁擇最合適的形祥式。攜矮塔斜拉橋杜設計分析方法坦矮塔斜拉橋在爺構造及受力特乘征上與斜拉橋雹和連續(xù)梁橋尚柳有一定的差異僚，在進行其結呼構分析時要注雙意以下幾點菜【煌2到】快：尖結構分析要選摸用合理的計算科圖式，考慮施掠工過程中結構般的逐步形成和滅體系轉換、臨拌時支承的設置暴和卸除，以及煩結構各部分的淘強度增長，合禍理估計主梁架顯設各階段的施賤工荷載。直線男橋的施工控制非計算一般采用寄平面分析，必價要時采用三維贏空間分析。丈斜拉橋施工時涌因恒載引起的星內力與變形與刻施工方法有很孤大關系，主梁趟施工時的施工熱計算荷載除恒見載人群、施工蝴機具等施工荷懼載外，還需考街慮預應力、斜滾拉索的張拉力逆等。記針對各施工階界段的實際情況溉建立正確的計鹽算模型，單元攪類型采用拉索警單元、梁單元記、敘3撐D間實體單元、板懷殼單元和邊界尖單元等。仇當斜索的豎向悉荷載承擔率超贏過苦30大%剖，或斜索在活責載作用下的應資力變幅超棗過擊50MP蝶a和，即進入斜拉墓橋的范疇，其貧標志為斜索的衣容許應力取值捧的不同。看作敞斜拉橋的斜索水，其容許應力稅取旅0.4f失pk應，安全系數布為以2.張5揉；而沒有超過笛界限的矮塔斜纖拉橋容許應力殲取值則俘與鄰P史C脖梁橋相同鉗為駐0.6f能pk毒，安全系數債為埋1.6廟7部。非預應力混凝土左斜拉橋施工中融各工況受力狀喜態(tài)達不到設計布要求的重要原遙因，是有限元曬計算模型中的伍計算參數取纖值共(明主要為混凝上慚的彈性模量、月材料的相對密段度、混凝土收隱縮徐變系數、魯構件重量、施濟工中溫度變化桃以及施工臨時蠢荷載條件井等階)綿與施工中的實獨際情況有一定是的偏差。斜拉投橋的這種偏差京具有累積性，局因此，要根據躍施工實測結果棵予以修正以使鄉(xiāng)計算模型和計孔算參數符合結庫構的實際情況丹。牛矮塔斜拉橋的勵發(fā)展概況指矮塔斜拉橋是菜介于梁橋與傳櫻統(tǒng)斜拉橋之間把的一種新型橋排梁結構。普遍席認為，并由腹Christ乞ianMe放n興n懇設計的建鴉于概198貪1婦年的甘懲特挺(Gante章r呆)寺大橋，是矮塔裕斜拉橋的雛形殃，其混凝土箱尾形梁由預應力衛(wèi)混凝土斜拉捐板糖“之懸滾掛描”柿在非常矮的塔永上，這種板可丑以看成是一種借剛性的斜拉索惑。該橋的出現傲形成了斜拉橋瘋的一個分濕支衰—擦—稼板拉橋怖。持Gante俗r帶大橋為其后矮拖塔斜拉橋的出澤現奠定了基礎議。般Gante堡r腐大橋之后，又蠟有墨西哥的帕張帕加警約蘆(Papag蘇ayo逃)覽大橋、美國德心克薩斯州的巴表頓倡河當(Bar-d陸onGre挖ek漠)疲大橋及葡萄牙驟的索科雷多罪斯醒(Socom川idos已)寄大橋等相繼建販成。厚圖農1-6歉秩瑞士的甘特橋號198饅8神年法國工程羨師房J.Math秒ivat拖e累在設計位于法朋國西南的阿勒類特騾·柜達雷高架橋時哨提出了一個替柴代方案，命名堪為況“授Extra-隊dosed策PCbri壞dge讓"勵，直譯塘為掩“槽超劑量預應力鷹混凝土橋彼梁蹈”恐。該方案的設條計包括與橋梁維上部結構固結斤的低塔，跨度暗為將100m偶的預應力混凝惡土等截面箱梁卷。穿過部分上蹤鞍座的體外索嶺除了像傳統(tǒng)的性預應力對梁提伯供壓力外，更梅主要地是對梁愁產生豎直提升井力并減小梁的音等效自重湯。悔199岡0挖年，德國擾的瞇Atonie泊Naama惠n婦提出了一種組體合體外預應力喂索橋，體外索獄的一部分伸出增主梁之上，錨棕固在墩頂處主葵梁上的剛柱上殿。主梁為鋼析晉架梁，主梁架炊好后再在其上腸立模澆筑上下說混凝土頂板、砍底板。這種橋閥式通過加大偏伸心距來提高體狼外預應力的效技率，從而降低看造價。這一種肥體系與法皆國緊J.Math潑ivat圖e手的方案十分相知似。雖然這種脂橋型的雛形在鹿瑞士形成，并攪于灶198盞8糖年法國工程冠師紗J.Math勝ivat劑e欺把它明確命名非為賞“觸Estra-奔dosed曾PCbri凡dg弱e以”蜻，但這種橋型服卻在日本獲得嶼極大的發(fā)展。蠟由于這種橋型細具有良好的性押價比，對于跨亡度處于梁式橋論與斜拉橋之間困的橋梁和對剛敏度要求較高的窮鐵路梁橋均具慮有很強的競爭止力。對于修建回斜拉橋塔高受阿到限制、多跨割斜拉橋剛度較機難滿足要求時乘，矮塔斜拉橋榴也是一種很好帳的選擇。跳199累4才年日本建成了組世界上第一座冬真正意義上的洽矮塔斜拉橋一異小田原港橋，筐此后，日本又犁修建了屋代南蠶、北鐵路橋、砌沖原橋、蟹澤壤大橋、新唐柜享大橋等橋，迄惜今為止，日本蟲修建的矮塔斜跪拉橋己超籍過撓2雕0閉座，橋梁跨徑貿從初期小田原響港橋的馬122m腹發(fā)展到長者橋炸的仿292.2m聲。菲律賓怎于步199懸9圣年建成了第二丘曼達一麥克坦堤大橋，其主跨噴為超185m扁，橋面寬沸21m涼;廈老撾也糞于黎200皮0錄年建成了巴色賀橋，其跨度為加143m解，橋寬為免11.8m寺；瑞士剪于鳴199半8外年建成了森尼漆伯格蜜橋阻(Sunni部bergb財ridge怕)丙，舅為凱5喬跨連續(xù)的矮塔籮斜拉橋，主跨夸達考140m恐。韓國像于袍200霧5鼠年建成豆了主Pyung-惱Yeo2慕Gy老o堡橋，該橋為韓擴國第一座矮塔角斜拉橋，其主陳跨為晃120m氏，雙塔雙索面逗；料200后6竄年建成了主跨辰110m袖的浸Kack-H咸waFir席s組t益橋，另外還有獸幾座矮塔斜拉拌橋正在建設中渠。鄭圖習1-7刻染瑞士森尼伯旅格妻(Sunni填berg葡)哨橋賽渾殼嶺圖議1-8慈嗚韓扛國盲Kack-H避waFir登s危t勉橋像圖犯1-9示萌小田原港評（駕Odawar鞭aBlue晝way航)摟橋勸我國矮塔斜拉陣橋建造起步稍猛晚珠，按200兇1花年建成的福州鐵漳州戰(zhàn)備