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1、斜拉飞燕拱组合桥的技术特点王庭正27斜拉飞燕拱组合桥的技术特点王庭正(中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北武汉430063)摘要:斜拉飞燕拱组合桥是将斜拉结构与飞燕式拱相组合而形成的一种全新的桥梁结构体系,这种体系充分发挥了索拱相互作用、共同受力的特性,在兼具了斜拉桥和拱桥优点的同时又形成了自身独特的技术特点。结合湘潭市莲城大桥,详细介绍该桥式8个方面的技术特点。关键词:斜拉桥;拱桥;组合结构;技术特点中图分类号:U448.22;U448.27文献标志码:A文章编号:1671-7767(2009)02-0027-041前言拱是一种古老、独特的结构型式,历史悠久,有着优
2、美细腻的造型,可以清晰地展现出力流和美学[1]的外观。相对拱桥而言,斜拉桥的历史要短得多。斜拉结构和拱结构的组合则是在计算手段高度发展的现代社会桥梁建筑师大胆构思、勇于探索的产物。图2拱-悬索桥组合方案湘潭市莲城大桥主桥斜拉飞燕拱组合体系(见图1)正是这一创新构思的具体实践,其结构新颖、造型美观,既展示了拱桥与斜拉桥的特点,又使两种桥型的优点得到相互补充。本文结合湘潭市莲城大桥,主要介绍该桥几个突出的技术特点。图35000m跨斜拉-悬索桥方案图1莲城大桥主桥斜拉飞燕拱立面2斜拉飞燕拱组合桥的各项技术特点2.1斜拉与拱结构组合体系图4斜拉-拱桥构思[4]斜拉-拱桥———
3、普特拉贾亚城(Putrajaya)桥,该1927年,在跨越哈德逊河的桥梁方案中,G.G克利沃夏曾提出过拱-悬索桥的组合方案(见图桥跨度为300m,见图5。由图1和图5可知两者的2),当时给人一种耳目一新的感觉。主要区别:普特拉贾亚城桥的中跨斜拉索锚固在桥在直布罗陀海峡桥的研究方案中,T.Y.Lin提面上,与吊杆组成“并联”结构,分别将部分桥面荷载出了5000m跨斜拉-悬索桥方案[2],见图3。传递给拱肋及桥塔。莲城大桥主桥的斜拉索锚固在斜拉-拱组合桥则在最近几年才被桥梁工程界钢管混凝土拱肋上,斜拉索、拱肋及吊杆组成“串联”提出。2000年,有文献对斜拉-拱桥的组合结构
4、方结构,共同将部分桥面荷载传给桥塔;另一部分桥面[3]荷载则通过吊杆传给拱肋进而传给拱座基础。因案进行了构思,提出了3种斜拉-拱桥方案,见图4,但未进行深入的研究。此,莲城大桥是以拱结构受力为主、斜拉索受力为辅2002年马来西亚建成了当时世界最大跨度的的一种新型的组合结构。收稿日期:2008-07-03作者简介:王庭正(1965-),男,高级工程师,1988年毕业于西南交通大学土木工程系铁道工程专业,工学学士,1991年毕业于西南交通大学岩土工程研究所地基基础专业,工学硕士(E2mail:whwtz@vip.sina.com)。28世界桥梁2009年第2期结在拱座上。
5、这种结构体系决定了其荷载传递路径也是独具特色的,其荷载传递路径主要为:①主跨中部吊杆分布区域的桥面荷载通过竖直吊杆传递给拱肋,无斜拉索分布区转化为拱肋轴力和弯矩,有斜拉索分布区则吊杆力沿拱肋切向分力转化为拱肋轴力,法向图5马来西亚的普特拉贾亚城桥分力传递给斜拉索并通过斜拉索传递给桥塔。②边其实,这种拉索和拱的组合结构并不陌生,大跨跨主梁及三角区主梁的桥面荷载部分直接通过斜拉径拱桥在形成拱肋的施工过程中就有千斤顶斜拉扣索传递给主塔,部分通过边墩支座、主塔支座、三角挂法,这里的拉索只是临时构件,通常在拱肋(圈)合区主梁在主拱横梁上的支座及边拱与边主梁固结点龙后放松千斤顶释
6、放拉力。拉索在施工拱桥中有诸分别传递给边墩、主塔、拱肋及边拱。③由于系杆两多优点,如果在拱肋形成直至完成拱上建筑后拉索端锚固于主桥的两端,而三角区主梁与主跨桥面系仍不拆除,这就成了一种新结构———斜拉-拱组合之间为铰接并设有伸缩缝,因此系杆力无法通过桥结构。斜拉-拱组合结构的主要受力构件为拉索、面系传递,只能通过边主梁传递给边拱转化为边拱拱肋、桥塔,拉索和拱肋就像斜拉桥的拉索和主梁一轴力传给拱座,其水平分力与主拱轴力的水平分力样永久组合在一起共同受力。相抵消,两者水平分力差值由主塔墩基础承受,竖向2.2斜拉飞燕拱组合桥体系构成及荷载传递路径分力直接传给基础。斜拉飞燕拱
7、组合桥是由斜拉桥与飞燕式系杆拱2.3拱脚推力桥按受力要求有机组合而成的一种新型桥式结构,从荷载传递途径的分析可知,由于斜拉索直接主要由边跨主梁、三角区主梁、主跨桥面系、桥塔、边作用在拱肋上,部分拱肋和桥面荷载通过斜拉索的拱、主拱、斜拉索、吊杆、系杆及拱座、墩与基础组成,竖向分力传递给桥塔并直接转化为基础竖向力,从见图6。而有效地降低拱肋和桥面荷载引起的拱肋轴力,减小拱脚对拱座、基础的水平推力,优化桩基设计。对于飞燕拱结构而言,拱脚最大水平推力一般发生在拱肋合龙以后、横梁吊装完成、水平系杆张拉之前。经比较,本桥斜拉索的存在,使主墩所受的水平推力图6斜拉
