橋梁工程的結(jié)構(gòu)形式及其實(shí)例

1、橋梁工程的結(jié)構(gòu)形式及其實(shí)例摘要：近年來，隨著橋梁結(jié)構(gòu)形式的創(chuàng)新和使用材料的迅猛發(fā)展，這使得橋梁既能保證使用功能要求，具有足夠的剛度、穩(wěn)定性和耐久性，又能保證索結(jié)構(gòu)造型優(yōu)美、用料省、自重輕、跨度大等特點(diǎn)，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代結(jié)構(gòu)技術(shù)，巧妙和新奇。加之經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)于橋梁的功能性和美觀性要求的提升，在很多地方出現(xiàn)了具有空間結(jié)構(gòu)形式的新型橋梁。這里選擇介紹大跨徑曲線梁非對(duì)稱外傾拱橋、自錨式桁吊組合鋼連續(xù)梁橋、拱形塔自錨式懸索與斜拉組合體系、空間預(yù)應(yīng)力索橋等新式橋梁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：橋梁工程、空間預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)、空間索結(jié)構(gòu)1 大跨徑曲線梁非對(duì)稱外傾拱橋?qū)嵗蠈幋髽?.1 工程簡(jiǎn)介南寧大橋位于廣西南寧市東南

2、郊，跨越邕江，北岸是青秀山風(fēng)景區(qū)，南岸是蟠龍新區(qū)考慮到與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，設(shè)計(jì)上對(duì)美學(xué)的要求很高因此在總體造型上，南寧大橋以柔和的曲線作為基本元素，主拱肋和主梁均采用曲線形式。主橋創(chuàng)新性的采用“大跨徑曲線梁非對(duì)稱外傾拱橋”主橋跨徑300m，上部結(jié)構(gòu)由(1)兩條傾斜的鋼箱拱肋、(2)橋面曲線鋼箱梁、(3)傾斜的吊桿、(4)系桿和(5)肋問平臺(tái)組成空間結(jié)構(gòu)體系，總體布置如圖所示1.2 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介(1)拱肋兩條拱肋各自位于其拱平面內(nèi)，向外不對(duì)稱傾斜東側(cè)拱肋計(jì)算跨徑300m，矢高8292拱平面橫向傾角6972。西側(cè)拱肋計(jì)算跨徑300m，矢高8674m，拱平面橫向傾角6654。承臺(tái)以上至橋面附近為混凝土

3、拱肋，再往上為鋼拱肋混凝土拱肋和鋼拱肋均采用等寬變高的單箱單室截面。(2)鋼箱梁主梁位于半徑1500m的平曲線上，采用單箱單室扁平流線型全焊鋼箱梁寬35016m，中心高35m(3)吊桿采用i095Omm平行鍍鋅鋼絲成品索，縱向間距9m，全橋共26對(duì)。(4)系桿共設(shè)32束系桿，16束為平面內(nèi)直線布置，16束為平面內(nèi)曲線布置(為平衡吊桿產(chǎn)生的橫向分力)全部系桿布置在鋼箱梁內(nèi)，錨固于肋間平臺(tái)上。(5)肋間平臺(tái)作為錨固系桿的特殊構(gòu)造，肋間平臺(tái)由一段主梁和連接?xùn)|西兩拱肋的橫梁組成它一方面是主橋箱梁和引橋箱梁的支撐，另一方面又是系桿的錨固位置，是傳遞系桿張力來平衡拱肋水平推力的關(guān)鍵構(gòu)造。1.3 空間受力特

4、點(diǎn) 南寧大橋主梁彎曲，兩側(cè)拱肋不對(duì)稱向外傾斜，且橋面以上拱肋間無風(fēng)撐及其他橫向連接，這些特殊的空間構(gòu)造形式使得南寧大橋存在特殊的空間受力平衡關(guān)系。(1)拱的面內(nèi)平衡橋面系荷載由吊桿傳遞到兩側(cè)的拱肋上。由于吊桿平面與拱肋不共面，因此吊桿拉力T可以分解為拱肋平面內(nèi)的T。和垂直拱肋平面的T，同樣的，拱肋自身的重力G也可以分解為平面內(nèi)的G。和垂直平面的G，因此在拱肋平面內(nèi)，按照常規(guī)拱橋的設(shè)計(jì)方法，基于L和G，設(shè)計(jì)合理拱軸線，使得拱肋以受壓為主而拱肋內(nèi)產(chǎn)生的水平推力，則由錨固在肋間平臺(tái)上的系桿提供的水平張力來平衡。(2)拱的面外平衡由于拱肋的外傾構(gòu)造，拱肋自重的G。分量使得拱肋有向外傾覆趨勢(shì)；因此設(shè)計(jì)上

5、采用吊桿與拱肋不共面，利用吊桿拉力的T，分量來平衡G，以降低拱肋的面外彎矩和扭矩。(3)主梁的橫橋向平衡由于東西側(cè)拱肋傾角不同，導(dǎo)致主梁兩側(cè)吊桿產(chǎn)生的水平分力不相同，其差值在主梁內(nèi)產(chǎn)生橫向力。因此相應(yīng)的在鋼箱梁內(nèi)布置反向彎曲的系桿來平衡橫向力。2 浙江平湖通天橋2.1 工程簡(jiǎn)介 通天橋位于浙江省平湖市乍浦鎮(zhèn)浙江省九龍山旅游度假區(qū)，跨越小龜山與外蒲山間海峽!。橋址處海面寬約290m，主漕偏南，距北岸約35m處有一小島，島周圍約50m范圍內(nèi)為海灘，退潮時(shí)露出水面。利用這種地形，為減少跨度，節(jié)省造價(jià)，在北面海灘上設(shè)小跨引橋，長(zhǎng)約80m，南面主漕中設(shè)主橋。由于橋址位于海峽風(fēng)口，風(fēng)力大，海底深達(dá)30m余

6、米，故宜選用跨度較大，抗風(fēng)性能好的橋型。結(jié)合考慮工程造價(jià)以及使用年限，選用空間預(yù)應(yīng)力索橋，跨度208m。這種橋梁，由承重纜、橋面纜和抗風(fēng)纜組成空間索系,3種纜索中都施加了預(yù)張力，外載所產(chǎn)生的負(fù)張力，抵消了部分預(yù)張力，結(jié)構(gòu)變位較小，剛度大。橋面采用鋼絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)，風(fēng)阻力小、抗風(fēng)性能好?？缍却?、造價(jià)省、結(jié)構(gòu)輕巧美觀。2.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)造空間預(yù)應(yīng)力索橋由承重纜、背纜、橋面纜和抗風(fēng)纜以及它們之間的系索組成。4種纜索均高強(qiáng)度鋼絞線制成并施加了預(yù)張力，鋼絞線經(jīng)環(huán)氧用樹脂與高密度聚乙烯工程塑料雙層防護(hù)。承重纜和抗風(fēng)纜的鋼絞線呈矩陣排列。索夾由鋼板及螺栓組成鋼板式索夾，背纜鋼絞線排列成正六角形斷面。橋面索的鋼絞線并排

7、在橋面半框架橫接，跨間由系索相連。橋面纜上鋪拉板網(wǎng)橋面。半框架兩側(cè)立柱作為欄桿立柱，頂部設(shè)鋼絞線扶手索，中部采用鋼絲繩作欄桿索。承重纜與背纜上端均用擠壓錨錨固于連接頭上。連接頭與塔頂銷接形成銷接式結(jié)點(diǎn)。背纜下端用夾片錨錨固于錨架上。錨架通過后張預(yù)應(yīng)力索錨于主錨碇中。橋面纜錨固在索塔承臺(tái)中?？癸L(fēng)纜錨固于抗風(fēng)錨碇上。錨碇除北面主錨碇因地基破碎采用重力式錨碇外，其余均采用預(yù)應(yīng)力巖錨，錨固于微風(fēng)化巖層上。形撐桿為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，頂端用水平系纜及風(fēng)纜固定，風(fēng)纜下端錨固在抗風(fēng)錨碇上，底端用球鉸支承于基座上。基座基礎(chǔ)采用挖孔樁支承于微風(fēng)化巖層。2.3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1） 空間預(yù)應(yīng)力索橋使用強(qiáng)度高、彈性模量大的高

8、強(qiáng)度鋼絞線作為力索材料。施加預(yù)加應(yīng)力的上、下、左、右力索，形成空間索系。盡管結(jié)構(gòu)很輕，重力剛度較小，但是索中施加的預(yù)加應(yīng)力彌補(bǔ)了這個(gè)不足。4個(gè)方向的力索中的預(yù)應(yīng)力起到類似重力剛度（更確切地應(yīng)稱為拉力剛度）的作用，使結(jié)構(gòu)的豎向和側(cè)向剛度均有很大提高。（2）在跨越結(jié)構(gòu)中，受拉構(gòu)件所占比例大，除橋面系外，均為高強(qiáng)度拉索，因此，用料甚為經(jīng)濟(jì)。橋跨結(jié)構(gòu)用鋼量?jī)H為88Kg/，計(jì)入撐桿和錨碇用鋼量也只有229Kg/，（3）鋼絞線經(jīng)環(huán)氧樹脂與高密度聚乙烯工程塑料雙層防護(hù)。環(huán)氧樹脂保護(hù)鋼絞線避免銹蝕，高密度聚乙烯工程塑料既能保護(hù)鋼絞線又能防止環(huán)氧樹脂老化，使結(jié)構(gòu)具有良好的耐久性。（4）橋面采用透風(fēng)的拉板網(wǎng)結(jié)構(gòu)，

9、風(fēng)阻力小，大大提高了結(jié)構(gòu)抗風(fēng)穩(wěn)定性。（5）索網(wǎng)所形成的0 張曲形空間索面外觀輕盈優(yōu)美，橋形美觀，橋上、橋下暢通無阻。空間預(yù)應(yīng)力索橋作為索結(jié)構(gòu)橋梁的新形式，有效地解決了目前困擾索橋發(fā)展的一些主要問題。其中所采用的鋼板式索夾以及銷接式結(jié)點(diǎn)等，在國(guó)內(nèi)均屬首次應(yīng)用。3 天津海河進(jìn)步橋 天津海河進(jìn)步橋全長(zhǎng)180m，跨徑布置26m+128m+26m橋型為自錨式桁吊組合鋼連續(xù)梁橋該橋融合了連續(xù)梁、桁架和拱橋的受力特點(diǎn)，突破傳統(tǒng)的橋梁體系，是一種新型的空間組合橋梁上部結(jié)構(gòu)包括主上弦桿(鋼箱梁)、次上弦桿(圓鋼管)；主次豎桿(異型組合構(gòu)件)；斜桿(箱型截面)；主次橫撐(箱型截面)；吊桿(實(shí)心鋼拉桿)；以及下弦桿

10、(行車道梁)整個(gè)結(jié)構(gòu)將橋面系和承重系有機(jī)組合在一起，形成空間受力體系4 常州京杭運(yùn)河龍城大橋 京杭運(yùn)河龍城大橋位于常州新城區(qū)，跨越京杭運(yùn)河，橋梁設(shè)計(jì)的景觀要求比較高。主橋采用創(chuàng)新的拱形塔自錨式懸索與斜拉組合體系，跨徑布置為722m(斜拉橋)+1138m(懸索橋)+30m主塔為變截面拱形門式橋塔，為散索要求和美觀考慮，上方設(shè)置次塔與主塔柱呈60。夾角。整個(gè)橋梁在橋面以上部分(包括橋塔和纜索體系)均為空間曲線造型，設(shè)計(jì)計(jì)算上具有空間結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。5 結(jié)束語 由于新結(jié)構(gòu)形式和新材料的開發(fā)、理論分析工具的完善和施工方法工藝的進(jìn)步、橋梁周圍的自然條件特殊等因素，促使橋梁工程師們打破傳統(tǒng)橋梁形式，按單一受拉構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而形成了一批全新概念橋梁。很多結(jié)構(gòu)型式在中國(guó)尚屬首創(chuàng)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。建成后的橋梁大多美觀、輕盈、品位高；堅(jiān)固、穩(wěn)定、安全，跨越能力大；具有較大的強(qiáng)度和剛度以及良好的耐久性和抗風(fēng)穩(wěn)定性，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代結(jié)構(gòu)技術(shù)的巧妙和新奇，為橋址區(qū)增添了一道亮麗風(fēng)景線。參考文獻(xiàn)1中國(guó)公路學(xué)會(huì)橋梁和結(jié)構(gòu)工程分會(huì)面向創(chuàng)新的中國(guó)現(xiàn)代橋梁M北京：人民交