混凝土矮塔斜拉桥经济特性研究

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学兔兔www.xuetutu.com第39卷，第2期公路工程Vo1．39，No．22014年4月HighwayEngineeringApr．，2014混凝土矮塔斜拉桥经济特性研究陈从春(上海应用技术学院城市建设与安全工程学院，上海201418)[摘要】为弄清楚矮塔斜拉桥经济特性．分析了国内外若干座矮塔斜拉桥的主要材料用量情况，并采用数学拟合的方法得到了其主要材料用量与桥梁跨径的关系式；同时研究了矮塔斜拉桥的经济跨径，并得出主跨大于190m后，矮塔斜拉桥比连续(梁)刚构和斜拉桥都便宜的结论。[关键词]混凝土；矮塔斜拉桥；斜拉桥；连续梁；经济指标；经济跨径[中图分类号]U448．27[文献标识码]A[文章编号]1674—0610(2014)02—0132—03StudyontheEconomicalCharacterofExtradosedCable-stayedBridgesCHENCongchun(SchoolofUrbanConstructionandSafetyEngineering，ShanghaiInstituteofTechnology，Shanghai，201418，china)[Abstract]Themainmaterialcontentofconcreteextradosedcable．stayedbridgesiscollectedandanalysedinthedomesticandoversea，thentheformulationsbetweenthemandmainspanlengtharefit．ted．Theeconomicalspanofextradosedcable-stayedbridgesisstudiedandtheconclusionisdrawnthatthecostofextradosedcable··stayedbridgeischeapthanthatofcontinuousgirderbridgesandcable··stayedbridgeswhentheirmainspanisover190meterlong．[Keywords]concrete；extradosedcable—stayedbridge；cable—stayedbridge；continuousgirderbridge；economicalindex；economicalspan表示预应力混凝土桥梁技术经济指标。1概述尼尔斯J．吉姆辛在文献[2]中对常规斜拉桥矮塔斜拉桥是一种较新的桥型，上世纪九十年拉索用量作过推导，矮塔斜拉桥发展历史不长，未见代中期在日本开始建造，并得到快速发展，至2005有学者推导出了拉索以及主梁的主要材料用量理论年即已建成27座⋯。我国于本世纪初开始修建，并公式，究其原因是索、梁组合结构，受力比较复杂，材逐渐受到国内工程师重视，据不完全统计，目前国内料用量很难用理论公式来表达，即便推导出理论公已建和在建的矮塔斜拉桥也有20余座。中日之外式，也是某种理想状况下，与实际情况会有一定差其他国家建成也有约10座。在大跨度桥梁方案比异。基于这两方面的因素，本文试图根据已建的混选中，矮塔斜拉桥是一个备选方案，具有一定的竞争矮塔凝土斜拉桥材料用量人手，用统计的方法，得出优势。随着更多的工程师对这种桥型的了解，矮塔单位面积上的材料用量与跨径的关系。斜拉桥将会得到更快的发展。2主梁混凝土用量与跨径的关系桥梁方案比较中，根据桥址情况，有许多因素是要考虑的内容。其中，桥梁的技术经济指标是确定表l是国内外的部分矮塔斜拉桥的材料用量统一座桥梁设计方案的合理性与经济性的标志。目计，由于资料有限，将单塔矮塔斜拉桥的跨径，前，各国都以每平方米桥面的三材(混凝土、预应力乘以1．8倍的系数换算为双塔的跨径。样本选取钢筋、普通钢筋)的用量和每平方米桥面的造价来时，以日本矮塔斜拉桥为主，国内5座，这样可以互[收稿Et期]2013—06—2l[作者简介]陈从春(1970～)，湖北公安人，博士，副教授，从事桥梁设计理论及应用研究。 学兔兔www.xuetutu.com第2期陈从春：混凝土矮塔斜拉桥经济特性研究133为比较。从表中可以看出，混凝土矮塔斜拉桥的经明国内桥梁承载力富余度低于Et本。另外还可以看济技术指标除与荷载等级、施工方法有关外，还受出，无论中日桥梁，矮塔斜拉桥拉索用量较多时，梁边、中跨的比例以及墩梁固结影响。表中可以看出，体预应力钢筋就较少，表明矮塔斜拉桥抵抗外荷载，国内矮塔斜拉桥的材料用量普遍低于日本用量，表拉索和预应力钢筋是此消彼涨的关系。表1混凝土主梁矮塔斜拉桥的主要经济技术指标Table1Themaineconomicalindexofconcreteextradosedcable-stayedbridges注：表中Pc(内)为梁体内预应力；PG(外)为梁体外预应力；普通钢筋中括号内数据为钢板用量。根据表1中的数据，对矮塔斜拉桥主梁的单位3主梁普通钢筋与主跨的关系面积上的混凝土用量进行拟合，见图1，虽然相关性不太大，但仍可作为参考。该图中混凝土指标为根据表1中的普通钢筋数据，绘于图2中，采用Y=0．00105+0．79663(m’／m)。线性拟合，得到单位面积的钢筋用量与跨径的关系如下：Y：0．24852+85．22715(kg／m)。吕●昌暑●吕赠蟋赠+H主跨跨径／nl图1混凝土矮塔斜拉桥主跨与主梁砼用量关系图图2混凝土矮塔斜拉桥主跨与主梁普通钢筋用量关系图Figure1ThediagrambetweenthegirderconcretedosageandFigure2Thediagrambetweenthegirdersteelbarquantitythemainspanofconcreteextradosedcable—stayedandthemainspanofconcreteextradosedcable—bridgesstayedbridge 学兔兔www.xuetutu.coml34公路工程39卷价单位，则1t普通钢筋是4个造价单位，预应力钢4预应力钢筋(含拉索)与跨径的关系一筋是12个造价单位；这样，就可以根据上述拟合公．一、妪词犀黼州矮塔斜拉桥的拉索用量和预应力共同抵抗正负式分别形成连续梁(刚构)、斜拉桥、矮塔斜拉桥的m：宝∞∞：2舳：2∞弯矩，因此将二者统一成一个参量来描述。考虑到上部结构造价与跨径的关系，绘见于图4。拉索和预应力钢筋的综合单价不同，根据文献[2]第4章的阐述，拉索的费用一般约是预应力钢筋的2．5倍，故将其乘以2．5折算成预应力钢筋，且单塔斜拉桥的跨径乘以1．8倍系数折算成双塔斜拉桥的跨径。以线性规律拟合出来的混凝土斜拉桥主跨与PC钢筋用量关系见图3，其方程为：预应力钢筋：Y=0．1218+63．16355-5001O0200300400500600(kg／m)主跨跨径，m式中为主跨的跨径。图4连续梁(刚构)、矮塔斜拉桥、斜拉桥经济跨径比较图Figure4Thediagramofeconomicalspanofcontinuous(rjg-idgirderbridgesandextradosedcable—stayedbridgesandcable—stayedbridges从图4可以看出：主跨在180—190m时3种姐*76655443322ll0O5O5O50505O5O5桥型的造价比较接近；大于190m时，矮塔斜拉桥要比连续刚构便宜，大于l80m时，矮塔斜拉桥要比斜拉桥便宜，而且比较耐人寻味的是，直到500m(混凝土斜拉桥的可能最大跨径)，矮塔斜拉桥仍然要50100150200250300350主跨跨径／m比常规斜拉桥经济，原因可能是斜拉桥主要由拉索图3混凝土矮塔斜拉桥主跨与预应力钢筋用量关系图承担荷载，而矮塔斜拉桥主要有主梁承担荷载，所以Figure3Thediagrambetweenthegirderprestressedrein—前者拉索用量要比后者多得多，而拉索是影响费用foreementamountandthemainspanofconcreteex·的主要因素。tradosedcable—stayedbridge从图中还可以看出：主跨在250m时，是斜拉5矮塔斜拉桥经济跨径的确定桥和连续刚构的分界点，大于260m，斜拉桥要比连续刚构便宜，小于260m，斜拉桥要比连续刚构贵有了上述矮塔斜拉桥主要材料用量公式，再根(斜拉桥的拟合公式中未计桥塔的费用，如果计入据连续梁(刚构)桥主要材料指标公式：塔的费用，斜拉桥和和连续刚构的分界点要大于混凝土：Y=0．00309+0．5l801(m／m)；260m)。普通钢筋：Y=0．40672+51．79279广东伶仃洋跨海工程的横门东航道桥的方案设(kg／m)；计中，曾经对连续梁(刚构)、矮塔斜拉桥、斜拉桥做预应力钢筋：Y=0．33343+14．19675过经济比较，3种桥型的主跨均为320m，其上部(kg／m)。结构和全桥费用比较如下表，以本文拟合公式的比以及斜拉桥主要材料指标公式：较见表2。混凝土：Y=0．708(m／m)；从表2可以看出：本文的研究结论与文献[6]普通钢筋：Y=116．75(kg／m)；都表明320m主跨时，矮塔斜拉桥的是最经济的，这预应力钢筋：Y=7．68267+0．61879一与文献[7]江肇高速公路西江特大桥主桥方案比较0．000180086(kg／m)。结论也是一致的。只是由于指标拟合时斜拉桥和矮同时根据文献[3]调查研究，考虑施工安装费塔斜拉桥都都没有考虑塔的材料用量，所以估算中用之后，预应力钢筋、普通钢筋、混凝土之间的造价斜拉桥要略高于连续刚构，而拟合公式中却略低于关系大约是这样的：若设1m混凝土费用为1个造(下转第153页) 学兔兔www.xuetutu.com第2期卜力平：骨架密实型沥青混合料实用设计方法153(上接第134页)表2320m横门东航道桥的连续刚构、矮塔斜拉桥、斜拉桥经济比较Table2Economicalcomparisonof320mHengmeneastchannelrigidgirderbridgeandextradosedcable—stayedbridgeandcable-stayedbridge．连续刚构。但3者费用高低是一致的。可以认为拟合公式基本能够反映3种桥型的造价关系(由于矮[参考文献]塔斜拉桥主梁材料少于连续刚构，理论上下部结构[1]陈从春，周海智，肖汝诚．矮塔斜拉桥研究新进展[J]．世界桥梁，2006(1)：1—4．的费用也应该少些，但横门东航道桥的连续刚构桥[2]尼尔斯J．吉姆辛．缆索承重桥梁一构思与设计[M]．北京：较宽，分作两幅，因此其下部费用较省)。人民交通出版社，1992．[3]陈从春．矮塔斜拉桥设计理论核心问题研究[D]，上海，同济6结论大学，2006．①根据上述分析，得到混凝土主梁的矮塔斜拉[4]陈从春，肖汝诚．混凝土斜拉桥技术经济指标研究[J]．公路，2007(11)：61—63．桥的主要材料混凝土、普通钢筋、拉索及预应力钢筋[5]陈从春．基于费用最小原则的矮塔斜拉桥索力研究[J]．工程指标的方程：力学，2012(5)：141—146．混凝土：Y=0．00105+0．79663(m／m)；[6]王伯惠．斜拉桥结构发展和中国经验[M]．北京：人民交通普通钢筋：Y=0．24825+85．22715出版社。2003．(kg／m)；[7]彭向荣．珠江三角洲经济区外环公路江门至肇庆高速公路西江特大桥主桥方案设计研究[J]．交通科技与经济，2006(3)：8预应力钢筋：Y=0．1218+63．16355一l0．(kg／m)。[8]陈丽军．无背索矮塔斜拉桥地震性能分析[J]．公路工程，②根据连续梁(刚构)、矮塔斜拉桥、斜拉桥主2012(1)：83—88．要材料用量公式，不计人桥塔的费用时，主跨在180[9]陈枝洪．一座多塔宽幅脊梁矮塔斜拉桥的设计特色[J]．公路—190m时3种桥型的造价比较接近。大于180m工程，2011(4)：115—119．时，矮塔斜拉桥要比斜拉桥便宜；大于190m时，矮[1O]郭木华．确定斜拉桥索力调整的实用计算方法[J]．公路工程，2011(2)：108一ll2．塔斜拉桥要比连续刚构便宜。这一结论在主跨为210m和320m的桥型方案比较中得到验证。