矮塔斜拉结构设计初探

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1、矮塔斜拉结构设计初探孙巍（华东建筑设计研究院有限公司，200041）【】预应力混凝土桥长大化的必不可少的条件是梁的轻量化。随着体外预应力构造的发展，在梁体重量轻减的基础上，经济性、施工性以及维护性得到了很大的提高。通常的体外预应力梁桥是把钢束配置在梁高范围内，而二古第三桥是在墩顶上设置支柱，使钢束配置在梁高范围外的大偏心预应力梁桥。它具有良好的受力特性和景观效果。这种桥型己于1988年被法国工程师j.Mathivat命名为ExtradosedPrestressBridge（矮塔斜拉桥）。木文介绍的就是二古第

2、三桥的设计。【关键词】低塔斜拉桥；斜板桥；塔梁墩固结；斜钢朿的竖向荷载的分担率；塔顶鞍座1前言1995年3月22日世界上第一座矮塔斜拉桥一小田原港桥建成开通。正如小FH原港桥在设计时所期望的那样，矮塔斜拉桥作为在构造的合理性、经济性、景观性兼兵的新式桥型，受到世界各国的瞩目，尤其在日木这种桥梁被广泛地推广应用。目前在日木国内己有至少十余座完成或正在施工中的矮塔斜拉桥。今后这种形式的桥梁将越来越多被设计师所青睞。笔者也从事过两座矮塔斜拉桥的初步设计工作。木文根据小田原港桥、冲原桥等矮塔斜拉桥的设计资料，具体地

3、介绍二古第三桥的设计概况：矮塔斜拉桥的构造特性、塔高、梁高等构造尺寸的适用范围、以及由构造尺、r差异引起的主梁弯矩、斜钢朿应力的变化趋势。由于缺乏统一的设计规范,木桥的设计是在己建成的矮塔斜拉桥的基础上进行数据分析，从而得到构造尺寸和计算控制数据。已建成的矮塔斜拉桥的资料如表一1。2桥型选择二古第三桥是日木海沿岸东北机动车道横跨胜手河道的3跨连续矮塔斜拉桥，桥长307m,最大跨径142m。工程概要如下。路线名：东北机动车道桥种：预应力混凝土公路桥桥梁形式：3跨连续矮塔斜拉桥桥长：307m跨径：82m+142

4、m+82m桥宽：车道10.5m全宽13.4m平面线形：直线主梁形式：单室箱梁主塔形式：桥墩主塔一体式（2立柱）支承条件：主梁与桥墩刚接2.1桥长与跨径桥长根据道路线形、河道护岸交差条件以及桥台的设置确定为307m。冋吋，根据基准跨径、护岸距离、设计低水路内可设置桥墩数等河道条件确定为3跨。（82m+142m+82m）2.2上部结构方案的选择考虑到高速行驶条件，基本确定为多跨连续梁。从维护管理出发，采取成本较为低廉的混凝土桥梁。方案比较为以下4种。①3跨预应力混凝土刚构桥②3跨连续矮塔斜拉桥③3跨连续矮塔斜板

5、桥④3跨连续斜拉桥本桥经方案比较，矮塔斜拉桥的综合评价最高。首先从经济性而言，对于大跨径的梁桥和小跨径的斜拉桥（100〜200米左右）而言，具有梁桥和斜拉桥中间特性的矮塔斜拉桥更具有一定的优势。其次，由于桥梁建在山谷中，两边的斜坡较大（最大处接近40度），搭支架施工非常闲难，因此采用悬臂施工。矮塔斜拉桥比梁桥的重量要低许多，因此可避免大型的移动挂蓝等施工设备，而II梁具有相当的刚性，通常的悬臂施工及管理方法均可适用。同吋，在桥台处与斜坡的接续规模比刚构桥（梁高较大）要小的多。还有一点很重要，就是从美观的角度

6、考虑。他比梁桥更具有象征意义，由于主塔较底，不但没有压抑感，反而增加亲切感，Ml吋给行人开阔的视觉感和安全感。第三方案一斜板桥是在矮塔斜拉桥的斜钢束外覆盖了混凝土，他的优点是混凝上板刚性较大，主梁变形与钢束应力变动小，防腐性能好因而钢束无须更换。抗风振性能好。但由于外覆混凝土裂缝控制较为困难，徐变和干燥收缩的影响较难估计，而II自重增加导致抗震不利，斜板裂缝形成后刚度降低对全桥的影响很大，抗震计算较为复杂。行走条件较差（视野不开阔）。因此没被采用。2.3复合构造的采用为了减轻主梁自重并增强美观性，本桥采用了

7、如图-4所示的复合结构，顶底板为钢筋混凝土，以承受弯矩和轴力。腹板为钢波纹板，主要承受剪力。2.4体外钢束的采用由于采用了复合截面构造，本桥除斜钢束外在主梁内全部采用体外钢束。2.5下部工形式A1A2桥台为重力式桥台结构，河道内桥燉为壁式结构。2.6基础形式持力层为岩层，但倾斜度较大，根据其不同位置的分布深度，A1A2为阶梯式浅基础，P2为浅基础，P1为大口径人工挖孔桩。2.7支承条件由于桥墩较高（P1—42m,P2—32m）,主梁、桥墩、主塔全部刚接，因此整体刚度较大，梁体变形较小，行走条件较好。也可减小

8、斜钢束的应力变动。2.8塔顶固定法及鞍座构造斜钢束在塔顶采用贯通固定式（鞍座构造）。根据防腐需要采用钢束可更换式结构。这样在中间支点上可减小钢束间隔，提高斜钢束配置高度以增大钢束作用。3设汁计算本桥的计算根据挂蓝施工的顺序逐级加载，分别验算施工吋及运营吋的混凝土应力和斜钢束的张力、应力变动。计算参数见下表：3.1主梁的高跨比一般矮塔斜拉桥的高跨比在1/32〜1/35之间（表一3）。本桥梁高定为3.5m，主梁高跨比