橋梁橋塔數(shù)的比較

工程力學(xué)論文淺談在實際工程中橋梁塔數(shù)的選擇--以南京長江二橋和泰州長江大橋為例吳進(jìn)(05211105)(東南大學(xué)，南京211189)摘要：簡要從結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性、施工難度和經(jīng)濟等角度分析大跨度橋梁橋塔數(shù)的選擇，本文主要以南京長江二橋和泰州長江大橋為例闡述二塔和三塔各自的利弊。關(guān)鍵詞：橋塔數(shù)、穩(wěn)定性、施工難度、經(jīng)濟Discussiononthechoiceofthenumberofbridgetowersin

practicalengineeringWuJin(SoutheastUniversity,Nanjing211189)Abstract：Nbriefanalysisfromthestabilityofthestructuralsafetyoftheconstructiondifficultyandeconomicpointofviewthechoiceofthenumberofbridgetowers.ThispapermainlycomparesTheSecondYangtzeRiverBridgeinNanjingwithTaizhouYangtzeRiverBridge.keywords：TowernumberStability,thedifficultyofconstruction,economy引言在江蘇范圍內(nèi)的已建或在建的八座長江大橋中大部分是采用雙塔橋墩形式，而在2012年11月25日正式通車的泰州長江大橋卻獨創(chuàng)一格采取三塔結(jié)構(gòu)，在此我想簡要地用控制變量法從整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、施工時間長度和難度、花費資金量等角度，以南京長江四橋和泰州長江大橋為例，逐一分析雙塔和三塔各自的優(yōu)缺點。最后總結(jié)出在大跨度橋梁工程中采用何種方案更加合理和節(jié)約成本。

兩橋結(jié)構(gòu)簡介南京長江第四大橋位于南京長江第二大橋下游約10公里處，是中國首座三跨吊懸索橋，被譽為“中國的金門大橋”，全長28.996公里，其中跨江大橋長約5.448公里，主跨采用1418米三跨吊懸索橋方案。南京長江四橋總投資68.6億元，全線按雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，其主纜分跨為(166+410.2)+1418+(363.4+118.4)=2476m；塔頂主纜理

論交點標(biāo)高234.2m,主纜中心線最低點標(biāo)高為234.2m-157.50m=76.7m,主纜垂跨比1/9.003，跨江大橋長約5.5公里。主纜采用高強度鍍鋅平行鋼絲索股(PPWS)組成。每根主纜中，從北錨碇到南錨碇的通長索股有135股，北邊跨另設(shè)6根索股，在北主索鞍上錨固；南邊跨設(shè)8根背索，在南主索鞍上錨固。每根索股由127根直徑5.35mm的高強度鍍鋅鋼絲組成。泰州長江大橋是江蘇省繼成功建設(shè)江陰大橋、潤揚大橋之后建設(shè)的又一座特大跨徑橋梁，工程全長62.088公里，全線采用雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，項目總投資93.7億元，建設(shè)工期為五年半。其中，跨江主橋及夾江橋全長9.726公里，橋面寬33米?？缃鳂虿捎昧酥骺?x1080米的三塔雙跨鋼箱梁懸索橋，系世界首創(chuàng)。中塔采用縱向人字形、橫向門式框架型鋼塔，其大節(jié)段制造和安裝技術(shù)的使用在國內(nèi)尚屬首次。由此可見，泰州長江大橋的跨江長度比南京長江二橋多出1.6公里，其主跨分別為2x1080和1418米，并且兩者都為懸索橋。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

成橋狀態(tài)主纜軸力^4.2成橋狀態(tài)主成軸力(單位:kN)座橋的重量都會通過纜繩傳遞給塔橋，塔橋再傳遞給橋墩地基，在此我們只研究橋塔受纜繩的作用力情況。成橋狀態(tài)主纜軸力^4.2成橋狀態(tài)主成軸力(單位:kN)第一是塔橋端的支座反力。只考慮過江橋面的重量為G+N*L,則支座反力Fa=Fb=(G+N*L)/2。塔橋頂端收到的拉力：塔橋頂端的受力狀況為，利用三角形原理，纜繩與橋面所成角度a=arctan(4H/L)，設(shè)離橋兩端距離為x處得一小段微元重量A=(G+N*L)*Ax/L,進(jìn)行力的分解的沿纜繩的力為AF=A/sina，對AF進(jìn)行積分得塔橋頂端受力為(G+N*L)/4sina.抗拉強度，設(shè)纜索的橫截面積為A,那么其拉應(yīng)力為(G+N*L)/(8sinaA)第二是橋塔段的力矩。簡化受力為均勻受力狀況，則在塔橋端面，南京長江四橋南京長江四橋跨江長度6250米，設(shè)橋梁整體自重為G，懸拉索部分橋長為L,兩座橋塔高度為H,同行人群荷載集度為N，根據(jù)成橋狀態(tài)主纜軸力圖，我們可以把纜繩的受力狀態(tài)簡化為線性關(guān)系，即成M型的受力狀況。而整

根據(jù)力矩平衡可得Mn=[1/8(G+N*L)]*(1/8L)=1/[64(GL+NL2)]撓度：利用疊加法，在均勻荷載時橋中的撓度為y1=5qL4/(384EI),在單個支反力作用下的撓度為y2=[F*0.25L(3L2-4(0,25L)2)]/48EI，則在梁中點的撓度為y=y1-2y2成橋狀.虹.梁彎外:y=5qL4/(384EI)-2[F*0.25L(3L2-4(0,25L)2)]/48EI其中q=(G+N*L)/L,F=(G+N*L)/2

泰州長江大橋成橋狀.虹.梁彎外:泰州長江大橋跨江長度大約為7千米，依舊設(shè)橋梁整體自重為G，懸拉索部分橋長為L,兩座橋塔高度為H,同行人群荷載集度為N根據(jù)上頁計算方法，對于三塔結(jié)構(gòu)的支座反力為Fa=Fb=(G+N*L)/3，纜繩與橋面所成角度a=arctan(6H/L),設(shè)離橋兩端距離為x處得一小段微元重量A=(G+N*L)*Ax/L,進(jìn)行力的分解的沿纜繩的力為AF=A/sina，對AF進(jìn)行積分得塔橋頂端受力為(G+N*L)/6sina.抗拉強度，設(shè)纜索的橫截面積為A,那么每根纜索的拉應(yīng)力為(G+N*L)/(12sinaA)撓度：利用疊加法，我們截取兩座橋塔之間的部分處進(jìn)行研究。首先，在均勻荷載時撓度為y1=5q(L/3)4/(384EI),其次對于兩端的支反力作用y2=[F(L/6)3]/3EI.則在梁中點的撓度為y=y1-2y2y=5q(L/3)4/(384EI)+2[F(L/6)3]/3EI.其中q=(G+N*L)/L,F=(G+N*L)/3

由上面的數(shù)據(jù)處理來看，如果我們假定兩種類型的橋的各種參數(shù)是相同的，那么顯然三塔的支座反力比二塔的要小很多，抗拉強度同樣如此。而撓度對比中我們可以看出南京長江四橋橋中的撓度比泰州長江大橋要大一些。泰州長江大橋位處江面寬闊之處，據(jù)測量，大橋跨越的長江江面寬達(dá)2.3公里，河床呈淺W形斷面，采用三塔兩跨懸索橋能最大限度地利用橋址區(qū)河床特點，并能適應(yīng)長江河勢的變化，同時由于水中只有一個主塔基礎(chǔ)，最大限度減少了建橋?qū)λ鞯挠绊懀档土舜白搽U的幾率。因此，在考慮到環(huán)境水紋等因素的條件下，泰州長江大橋采用三塔的方法是有利于整體結(jié)構(gòu)和行船安全的。施工難度南京長江四橋兩座橋塔設(shè)計高度229.4米，高度適中，其南橋塔基礎(chǔ)采用48根樁長60米的鉆孔灌注樁，北橋塔基礎(chǔ)采用38根樁長超過120米的鉆孔灌注樁，具有極高的技術(shù)含量和很大的施工難度。泰州長江大橋中塔高191.5米，采用世界上高度第一的縱向“人”字形、橫向“門”字形框架型鋼塔，此為目前世界最高鋼橋塔。對于三塔結(jié)構(gòu)需要額外的主副塔施工流程，并且在負(fù)載最不均衡的情況，也就是所有負(fù)載都在主橋跨上而沒有在側(cè)橋跨，橋板在垂直方向的變形必須要控制在一個合理的范圍之內(nèi)。經(jīng)濟情況從實際工程上來看，南京長江四橋總投資68.6億元，泰州長江大橋投資93.7億元，多出25.1億元，從物資、人力來看需求都會更大點。從建設(shè)周期看，泰州長江大橋為五年半，而南京長江四橋提前到五年完成。由此可見，一定程度上采用普遍的雙塔構(gòu)造一般能減少工程投資和建設(shè)周期，并且在施工過程中已經(jīng)大致形成了完善熟練的流程和預(yù)案準(zhǔn)備。結(jié)論不管是采用雙塔還是三塔結(jié)構(gòu)，都要結(jié)合各種因素進(jìn)行綜合考慮。南京長江四橋懸索橋增添了一種新穎優(yōu)雅的美融合到了南京橋梁的整體塑造中去，磅礴大氣的整體構(gòu)造令人耳目一新。在水紋，地形，人文、長江岸線資源的充分利用問題等各種因素考慮之下，泰州長江大橋采用三塔懸索橋橋型。開闊的水域使得整體跨江橋長加長，采取三塔不僅可以節(jié)約投資還可以擴展通航航道，并且主橋邊塔與中塔之間1080米的跨徑，將首次在世界上實現(xiàn)三塔懸索橋塔跨徑由百米向千米的突破?！惫こ塘W(xué)是研究物體機械運動普遍規(guī)律及其在荷載作用下形變等方面基本規(guī)律的學(xué)科，在學(xué)習(xí)這門課程后，我們具備了對簡單構(gòu)件進(jìn)行強度、剛度、穩(wěn)定性的分析能力，可以將實際工程中遇