論文矮塔斜拉橋定義、特點(diǎn)及設(shè)計(jì)分析

1、稗矮塔斜拉橋耙概述伴矮塔斜拉橋的敗定義和特點(diǎn)叭矮塔斜拉橋?yàn)榘敖?0年來出傲現(xiàn)的一種新橋藹型，瑞士、日俺本、韓國等一骯些國家這幾年藹修建了多座這霸種橋梁。由于懊它優(yōu)越的結(jié)構(gòu)胺性能，良好的鞍經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，越岸來越顯示出巨唉大的發(fā)展?jié)摿Π?。我國在這種矮橋型上起步稍跋晚，2001唉年建成的漳州板戰(zhàn)備大橋，是板國內(nèi)第一座真隘正意義上的矮岸塔斜拉橋。叭對于這種橋型矮的稱謂尚未統(tǒng)八一。日本的屋阿代南橋與屋代爸北橋?yàn)閮勺p背載鐵路橋，初盎看起來象斜拉昂橋，因而日本俺的橋梁界對其八籠統(tǒng)地稱為斜安拉橋。小田原叭港橋是一座公板路橋，日本橋阿梁界沒有把它百稱為斜拉橋，皚而是沿用了法版國工程師19敗88年提出的敖名稱Ext

2、挨ra-dos跋ed Pre罷stress凹ing Co哎ncrete百 Bridg拜e，即超配量搬體外索PC橋霸，簡稱EPC白橋。實(shí)際上屋扒代南、北橋與案小田原港橋其巴結(jié)構(gòu)體系非常澳相似，同樣可笆以稱為EPC埃橋。在美國，伴這種橋有稱為八“Extra叭-dosed板 Prest骯ressin爸g Conc懊rete B拔ridge”熬的，也有稱為叭“Extra矮-dosed案 Cable哀-staye辦d Brid芭ge”的。國叭內(nèi)的稱謂也一暗直存在爭論，吧1995年我疤國著名橋梁專拌家嚴(yán)國敏先生笆首次把它定義哎為“部分斜拉哎橋”。其含義笆是：在結(jié)構(gòu)性疤能上，斜拉索骯僅僅分擔(dān)部分背荷載，還有

3、相佰當(dāng)部分的荷載斑由梁的受彎、拌受剪來承受。百“部分斜拉”耙即源于斜拉索礙的斜拉程度。癌后來國內(nèi)一些罷文章根據(jù)這種疤橋型塔高較矮翱的特點(diǎn)，又把啊這種橋型定義板為矮塔斜拉橋跋。般矮塔斜拉橋的拌受力是以梁為阿主，索為輔，懊所以梁體高度懊介于梁式橋與笆斜拉橋之間，岸大約是同跨徑骯梁式橋的1/拜2倍或斜拉橋啊的2倍。截面絆一般采用變截辦面形式，特殊皚情況采用等截襖面。哎矮塔斜拉橋的柏橋塔一般采用捌實(shí)心截面。塔昂高為主跨的1吧/81/1稗2，由于橋塔唉矮，剛度大，敖一般不考慮失敗穩(wěn)問題。梁上傲無索區(qū)較之一盎般斜拉橋要長板，而且除了主斑孔中部和邊孔襖端部的無索區(qū)辦段之外，還有氨較明顯的塔旁礙無索區(qū)段。邊氨

4、孔與主孔的跨八度比值較之斜白拉橋要大。一哀般斜拉橋邊孔扳與主孔的跨度盎比值一般小于翱0.5，多數(shù)岸在0.4左右敗，而矮塔斜拉凹橋與一般連續(xù)半梁(剛構(gòu))橋霸相似，為避免啊端支點(diǎn)出現(xiàn)負(fù)安反力，邊孔與澳主孔的跨度之把比一般會大于癌0.5，較合半理的比值在0耙.6左右。拌為了充分利用骯部分的高度，奧拉索多成扇形半布置，拉索盡藹量向塔上部集跋中通過。塔頂稗索鞍的作用如班同體外預(yù)應(yīng)力芭索的轉(zhuǎn)向點(diǎn)，白斜拉索在轉(zhuǎn)向案點(diǎn)一般被固定澳而無滑動。在胺建成的矮塔斜笆拉橋中，索鞍拜鞍座普遍采用耙雙套管結(jié)構(gòu)，拌即外鋼管埋設(shè)辦于混凝土塔內(nèi)暗，內(nèi)套管套在巴外鋼管中，斜版拉索穿過內(nèi)鋼骯管，在兩側(cè)出岸口處設(shè)置抗滑搬錨頭頂緊內(nèi)管癌

5、口，阻止內(nèi)管敗滑移。斜拉索昂在梁上宜布置疤在邊跨中及1爸/3中跨處。霸此外，矮塔斜敗拉橋由于塔較搬矮，塔頂水平拌位移不會很大佰，因此沒有斜澳拉橋的特征構(gòu)澳件一端錨索。邦同時(shí)在拉索用襖量上，由于矮敗塔斜拉橋以梁安受力為主，索耙只起輔助作用艾，而且索的安佰全系數(shù)采用較扒低，因此，其伴斜拉索的用量皚明顯比一般斜傲拉橋要少許多拔。哎矮塔斜拉橋結(jié)胺構(gòu)體系主要有澳塔梁固結(jié)、梁俺底設(shè)支座；塔癌墩固結(jié)、塔梁邦分離；塔梁墩罷固結(jié)三種形式暗。主梁和塔具吧有較大的剛度埃，容易設(shè)計(jì)成扳多塔橋梁。斜拔拉索可錨固于白塔上，也可以版索鞍形式通過盎橋塔。哀矮塔斜拉橋是翱介于連續(xù)梁(巴剛構(gòu))橋與斜爸拉橋之間的一疤種新型橋梁。襖

6、因此它的受力辦特點(diǎn)與這兩種襖橋型既有聯(lián)系隘，又有區(qū)別。壩從總體上說，佰連續(xù)梁是以梁拜的直接受彎、版受剪來承受豎鞍向荷載，斜拉哎橋是以梁的受八壓和索的受拉芭來承受豎向荷捌載，因此三者伴的最大差別在爸于梁的受力行敖為不同。研究叭梁的受力行為班是研究矮塔斜辦拉橋的本質(zhì)。芭圖1-1耙 岸三跨連續(xù)梁結(jié)岸構(gòu)示意圖及其靶彎矩示意圖百圖1-2笆 阿七跨連續(xù)梁結(jié)芭構(gòu)示意圖及其鞍彎矩示意圖耙圖1-3唉 芭矮塔斜拉橋結(jié)盎構(gòu)示意圖及其耙彎矩示意圖吧圖1-4礙 懊多跨連續(xù)梁結(jié)板構(gòu)示意圖及其背彎矩示意圖阿圖1-5笆 佰斜拉橋結(jié)構(gòu)示礙意圖及其彎矩壩示意圖班由圖1-1可懊知，跨中彎矩阿及中間支座的凹負(fù)彎矩較大，安而軸力為零。

7、骯我們知道，同挨跨徑的簡支梁拌和連續(xù)梁比較俺，連續(xù)梁的跨凹中彎矩要比簡斑支梁小的多，絆所以若要使梁鞍體所受彎矩減捌小，最有效的霸辦法是減小梁靶的跨度，即增敗加支點(diǎn)。圖1笆-2就是在圖懊1-1的三跨澳連續(xù)梁中增加版4個(gè)支點(diǎn)，把襖三跨連續(xù)梁變暗成七跨連續(xù)梁爸，有圖可見，傲梁體彎矩大大盎的降低。若所盎增加的4個(gè)支擺點(diǎn)用斜拉索來昂替代，把單根癌較大的索分成挨若干較小的索敖布置在附近，隘則形成矮塔斜把拉橋，如圖1敖-3為了進(jìn)一背步減小梁的彎般矩，可繼續(xù)增霸加支點(diǎn)，減小奧梁的跨度，當(dāng)拜支點(diǎn)增加至一傲定數(shù)量時(shí)，則奧梁的彎矩相當(dāng)傲小，到如圖1翱-4所示，此佰時(shí)，把支承用挨斜拉索來代替岸形成斜拉橋，百如圖1-5

8、所搬示：半由圖1-1翱1-5可以看哀出，從連續(xù)梁百、矮塔斜拉橋奧到斜拉橋，主白梁承受的彎矩搬逐漸減小，而捌軸力卻逐漸增拌加。邦一般認(rèn)為，當(dāng)暗斜拉橋的豎向岸荷載承擔(dān)率超叭過30%或斜瓣拉索在活載作唉用下的應(yīng)力變稗化幅超過50懊MPa，即進(jìn)骯入斜拉橋范圍邦，斜拉索應(yīng)力哀取0.4倍的熬極限應(yīng)力，安安全系數(shù)取2.安5而在矮塔斜佰拉橋中，拉索盎應(yīng)力幅比一般暗斜拉橋中的應(yīng)皚力幅小。因此巴其拉索的應(yīng)力版采用體外預(yù)應(yīng)凹力索的容許應(yīng)扳力，取0.6耙倍的極限應(yīng)力邦，安全系數(shù)為邦1.67。此靶外，矮塔斜拉扳橋因?yàn)闃蛄旱牧T剛度相對較大唉，因此沒有斜藹拉索的主要特阿征構(gòu)件尾索白。從橋梁的角傲度來看。矮塔扮斜拉橋其拉索百

9、相當(dāng)于連續(xù)梁巴負(fù)彎矩區(qū)混凝氨土開裂后鋼筋奧的作用，承擔(dān)版拉力，主梁這敖時(shí)就是截面受暗壓區(qū)，但同梁拌橋相比，其自拌重小。跨徑大盎；同斜拉橋相辦比，拉索較少八，水平分力就啊較小，從而使藹得主梁的軸向哎力也就相對較霸小。搬綜上矮塔斜拉敖橋具有以下鮮傲明的特點(diǎn)昂【1】八：埃(1)、美學(xué)爸景觀特征：矮叭塔斜拉橋主梁扳高度是連續(xù)梁板的1/2左右礙，具有纖細(xì)、斑柔美的美學(xué)效斑果，克服了連熬續(xù)梁橋主梁高巴度過大帶來的唉壓迫感和橋梁柏上、下部結(jié)構(gòu)絆不協(xié)調(diào)的弊端巴。橋塔和斜拉奧橋的設(shè)置使其案具有斜拉橋宏襖偉、壯觀的感拔覺。搬(2)、跨徑斑布置靈活：矮伴塔斜拉橋可設(shè)凹計(jì)成單塔雙跨敗、雙塔三跨和澳多塔多跨等不佰同的結(jié)

10、構(gòu)形式艾。單跨徑在1拔00300搬m范圍內(nèi)為宜頒，克服了多塔翱斜拉橋做帶來擺的剛度不足和扒各跨相互影響罷的弊端，發(fā)揮拜了多跨連續(xù)梁版橋的優(yōu)點(diǎn)，無壩論在單孔跨徑搬和總橋長設(shè)計(jì)挨方面均有較大靶的選擇空間。班(3)、施工胺簡便：矮塔斜頒拉橋的施工方扒法與連續(xù)梁橋奧基本相同，可傲采用懸澆法施盎工。施工中不矮必進(jìn)行斜拉索胺二次索力調(diào)整奧。由于矮塔斜版拉橋橋塔較矮俺，橋塔施工也胺沒有斜拉橋橋癌塔施工復(fù)雜。敗(4)、經(jīng)濟(jì)俺性好：通過國盎內(nèi)外以建成的暗矮塔斜拉橋吵唉架分析，該橋敗型每延米造價(jià)八與連續(xù)梁橋基笆本持平，低于半一般斜拉橋造背價(jià)，具有可觀骯的經(jīng)濟(jì)效益。壩矮塔斜拉橋的斑設(shè)計(jì)分析癌矮塔斜拉橋的擺總體布置及

11、適哎用跨徑熬根據(jù)國內(nèi)外目半前已建矮塔斜伴拉橋跨徑比例俺分析，由于矮挨塔斜拉橋剛度挨比斜拉橋大，鞍接近于連續(xù)梁傲，其邊、中跨八比值常采用0昂.520.哎65。在特殊絆情況下，邊、拌中跨比值亦可半小于0.5，案這時(shí)，邊跨需把采取措施，解哀決負(fù)反力問題壩。矮塔斜拉橋耙由于其主梁要藹承受相當(dāng)大的啊彎矩，主梁截辦面形式與斜拉頒橋有很大不同佰，而更接近于挨連續(xù)梁。一般襖情況下，大部扳分連續(xù)梁采用搬的截面形式都澳能適用于矮塔懊斜拉橋，但矮敖塔斜拉橋更適骯宜采用變高度絆截面。其塔墩熬處梁高可采用辦相同跨度連續(xù)昂梁高的一半左礙右。在特殊情八況下，主梁亦扒可采用等高度捌，此時(shí)梁高與拜跨度之比可采跋用1/35稗1/

12、45。在叭選擇主梁截面俺形式時(shí)，需注版意斜拉索的布跋置及錨固要求扒。白矮塔斜拉橋的巴適用跨徑由其藹特性決定，一百般適用跨徑宜胺在1003背00m之間，凹若主梁采用鋼芭與混凝土混合凹結(jié)構(gòu)，跨徑有矮望突破400敖m。雖然連續(xù)矮梁橋采用預(yù)應(yīng)跋力混凝土建造伴，能就地取材搬、工業(yè)化施工搬、耐久性好、凹適用性強(qiáng)、整稗體性好且美觀壩，這種橋型在埃設(shè)計(jì)理論及施扮工技術(shù)上都發(fā)埃展得比較成熟暗。但由于結(jié)構(gòu)背本身的自重大捌（約占全部設(shè)阿計(jì)荷載的30埃%至60%）疤，且跨度越大澳其自重所占的般比值更顯著增般大，大大限制壩了其跨度能力跋。還有大跨徑扳連續(xù)箱梁要采壩用大噸位支座叭，如南京二橋般北汊橋165氨m變截面連續(xù)罷

13、箱梁，盆式橡骯膠支座噸位大胺。這種大噸位耙支座性能如何案、將來如何更扒換等一系列問稗題有待研究和板解決。扳矮塔斜拉橋的百結(jié)構(gòu)體系拔結(jié)構(gòu)體系可選哀用塔梁固結(jié)、安梁底設(shè)支座；鞍塔墩固結(jié)、塔敖梁分離；塔梁白墩固結(jié)的3種板形式。塔梁固拜結(jié)、梁底設(shè)支佰座形式適用于?？缍炔惶蟮陌矘蛄海ё鶉嵃钗徊恢劣谶^大吧，它的特點(diǎn)是柏塔根彎矩較小案，塔兩側(cè)索力芭差較小，結(jié)構(gòu)按的整體剛度較百小。塔墩固結(jié)爸、塔梁分離形阿式適用于跨度頒稍大，墩高較版矮的橋梁，它罷的特點(diǎn)是橋墩按彎矩較大，塔擺兩側(cè)索差較大岸，結(jié)構(gòu)的整體按剛度較第一種斑形式大。塔梁襖墩固結(jié)形式適敖用于跨度稍大伴，墩高較大的翱橋梁，結(jié)構(gòu)體稗系類似于連續(xù)氨剛構(gòu)，它

14、的特氨點(diǎn)接近于第二疤種形式。佰進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)按時(shí)，應(yīng)對結(jié)構(gòu)啊體系的選擇作澳慎重考慮，選挨擇最合適的形矮式。拌矮塔斜拉橋設(shè)巴計(jì)分析方法扒矮塔斜拉橋在絆構(gòu)造及受力特扮征上與斜拉橋癌和連續(xù)梁橋尚頒有一定的差異襖，在進(jìn)行其結(jié)盎構(gòu)分析時(shí)要注皚意以下幾點(diǎn)佰【2】哀：邦結(jié)構(gòu)分析要選擺用合理的計(jì)算昂圖式，考慮施跋工過程中結(jié)構(gòu)埃的逐步形成和疤體系轉(zhuǎn)換、臨伴時(shí)支承的設(shè)置巴和卸除，以及伴結(jié)構(gòu)各部分的壩強(qiáng)度增長，合把理估計(jì)主梁架版設(shè)各階段的施礙工荷載。直線斑橋的施工控制柏計(jì)算一般采用吧平面分析，必岸要時(shí)采用三維翱空間分析。拜斜拉橋施工時(shí)拌因恒載引起的敖內(nèi)力與變形與柏施工方法有很藹大關(guān)系，主梁暗施工時(shí)的施工懊計(jì)算荷載除恒

15、班載人群、施工擺機(jī)具等施工荷百載外，還需考背慮預(yù)應(yīng)力、斜百拉索的張拉力按等。藹針對各施工階胺段的實(shí)際情況暗建立正確的計(jì)懊算模型，單元唉類型采用拉索扳單元、梁單元般、3D實(shí)體單百元、板殼單元翱和邊界單元等班。八當(dāng)斜索的豎向拜荷載承擔(dān)率超艾過30%，或擺斜索在活載作暗用下的應(yīng)力變隘幅超過50M挨Pa，即進(jìn)入八斜拉橋的范疇胺，其標(biāo)志為斜柏索的容許應(yīng)力八取值的不同。罷看作斜拉橋的扒斜索，其容許岸應(yīng)力取0.4罷f藹pk藹，安全系數(shù)為哀2.5；而沒敗有超過界限的唉矮塔斜拉橋容鞍許應(yīng)力取值則礙與PC梁橋相敖同為0.6f霸pk癌，安全系數(shù)為壩1.67。辦預(yù)應(yīng)力混凝土俺斜拉橋施工中擺各工況受力狀艾態(tài)達(dá)不到設(shè)計(jì)翱

16、要求的重要原案因，是有限元隘計(jì)算模型中的俺計(jì)算參數(shù)取值藹(主要為混凝矮上的彈性模量霸、材料的相對斑密度、混凝土岸收縮徐變系數(shù)半、構(gòu)件重量、哎施工中溫度變唉化以及施工臨岸時(shí)荷載條件等芭)與施工中的哀實(shí)際情況有一把定的偏差。斜熬拉橋的這種偏跋差具有累積性辦，因此，要根擺據(jù)施工實(shí)測結(jié)案果予以修正以按使計(jì)算模型和敗計(jì)算參數(shù)符合鞍結(jié)構(gòu)的實(shí)際情般況。翱矮塔斜拉橋的翱發(fā)展概況芭矮塔斜拉橋是澳介于梁橋與傳按統(tǒng)斜拉橋之間辦的一種新型橋奧梁結(jié)構(gòu)。普遍半認(rèn)為，由Ch隘ristia百n Menn壩設(shè)計(jì)的建于1板981年的甘跋特(Gant俺er)大橋，背是矮塔斜拉橋壩的雛形，其混擺凝土箱形梁由啊預(yù)應(yīng)力混凝土矮斜拉板“懸

17、掛板”在非常矮的捌塔上，這種板阿可以看成是一把種剛性的斜拉奧索。該橋的出耙現(xiàn)形成了斜拉吧橋的一個(gè)分支半板拉橋。背Ganter按大橋?yàn)槠浜蟀乘崩瓨虻某霭片F(xiàn)奠定了基礎(chǔ)阿。Gante暗r大橋之后，芭又有墨西哥的哎帕帕加約(P癌apagay爸o)大橋、美柏國德克薩斯州傲的巴頓河(B扳ar-don般 Greek啊)大橋及葡萄版牙的索科雷多敖斯(Soco耙midos)靶大橋等相繼建叭成。藹圖1-6 瑞癌士的甘特橋吧1988年法巴國工程師J.百M(fèi)athiv奧ate在設(shè)計(jì)佰位于法國西南藹的阿勒特達(dá)版雷高架橋時(shí)提吧出了一個(gè)替代稗方案，命名為辦“Extra叭-dosed案 PC br埃idge，笆直譯為“超劑

18、矮量預(yù)應(yīng)力混凝扒土橋梁”。該霸方案的設(shè)計(jì)包白括與橋梁上部暗結(jié)構(gòu)固結(jié)的低拌塔，跨度為1絆00m的預(yù)應(yīng)暗力混凝土等截暗面箱梁。穿過斑部分上鞍座的佰體外索除了像澳傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力搬對梁提供壓力懊外，更主要地奧是對梁產(chǎn)生豎叭直提升力并減拜小梁的等效自敗重。1990辦年，德國的A案tonie 背Naaman傲提出了一種組捌合體外預(yù)應(yīng)力般索橋，體外索岸的一部分伸出澳主梁之上，錨奧固在墩頂處主昂梁上的剛柱上邦。主梁為鋼析懊架梁，主梁架扮好后再在其上跋立模澆筑上下班混凝土頂板、靶底板。這種橋伴式通過加大偏叭心距來提高體敗外預(yù)應(yīng)力的效啊率，從而降低佰造價(jià)。這一種壩體系與法國J扮.Mathi叭vate的方絆案十分相似

19、。鞍雖然這種橋型岸的雛形在瑞士背形成，并于1拔988年法國案工程師J.M搬athiva拜te把它明確翱命名為“Es翱tra-do版sed PC扳 bridg藹e”，但這種挨橋型卻在日本絆獲得極大的發(fā)傲展。由于這種白橋型具有良好邦的性價(jià)比，對八于跨度處于梁板式橋與斜拉橋佰之間的橋梁和安對剛度要求較絆高的鐵路梁橋背均具有很強(qiáng)的懊競爭力。對于襖修建斜拉橋塔擺高受到限制、按多跨斜拉橋剛暗度較難滿足要矮求時(shí)，矮塔斜矮拉橋也是一種扳很好的選擇。巴1994年日懊本建成了世界佰上第一座真正啊意義上的矮塔凹斜拉橋一小田挨原港橋，此后案，日本又修建佰了屋代南、北俺鐵路橋、沖原礙橋、蟹澤大橋瓣、新唐柜大橋熬等橋，迄

20、今為艾止，日本修建挨的矮塔斜拉橋稗己超過20座襖，橋梁跨徑從澳初期小田原港爸橋的122m佰發(fā)展到長者橋霸的292.2傲m。菲律賓于翱1999年建芭成了第二曼達(dá)暗一麥克坦大橋俺，其主跨為1熬85m，橋面佰寬21m;老白撾也于200唉0年建成了巴昂色橋，其跨度百為143m，白橋?qū)挒?1.巴8m；瑞士于伴1998年建百成了森尼伯格搬橋(Sunn暗iberg 罷bridge岸)，為5跨連捌續(xù)的矮塔斜拉胺橋，主跨達(dá)1邦40m。韓國氨于2005年拔建成了Pyu氨ng-Yeo吧 2 Gyo敖橋，該橋?yàn)轫n佰國第一座矮塔隘斜拉橋，其主皚跨為120m頒，雙塔雙索面敖；2006年稗建成了主跨1扒10m的Ka哀ck-Hwa岸 First按橋，另外還有背幾座矮塔斜拉爸橋正在建設(shè)中靶。扳圖1-7癌 半瑞士森尼伯格胺(Sunni邦berg)橋背扒埃八圖1-8霸 皚韓國Kack伴-Hwa F隘irst橋板圖1-9俺 靶小田原港（O