装饰斜拉索在桥梁结构中的应用（论文） .pdf

建筑与预算 construction and budget 2016年第1期 doi:10.13993/ki.jzyys.2016.01.011 中图分类号：tu765文献标志码：b文章编号：1673-0402 （2016） 01-0040-03 收稿日期：2015-09-15 作者简介：孙鹏（1982-） ，男，工程师，硕士研究生，主要从事桥梁结构设计工作。 e-mail：28373459qq.om 1 前言 桥梁设计应该遵循桥梁安全、适用、经 济、美观的原则。近年来，随着城市对桥梁景 观要求的日益提高，装饰性桥梁的应用非常广 泛，许多城市都出现了以简支或连续的梁板式 桥为基本受力体系，同时在主要受力体系外新 增加装饰性结构而形成新的景观造型。例如， 装饰性斜拉桥、装饰性悬索桥、装饰性拱桥 等。装饰桥梁主体结构通常采用造价较低的结 构形式，如简支梁、连续梁等，而装饰结构体 系通常不参与主体结构受力，这样既可获得理 想的景观造型效果，同时整个项目的工程造价 又不会像真实受力结构体系那样高昂，因此 装饰性桥梁成为近几年来大多城市桥梁所采 用的结构形式，并且成为逐渐兴起的一种新 的设计理念。 2 工程实例 锦州市经济技术开发区人工岛位于开发区 东南侧白沙湾内，是锦州市重点开发的旅游项 目，为配套人工岛项目的建设实施而修建一座 特大桥跨越白沙湾海滩。桥孔布置为45m 30m预应力混凝土t梁，设计角度90。应业 主要求在方案阶段，考虑大桥的景观设计，与 人工岛景观相协调，同时保证经济合理适度， 施工方便可行，结构安全耐久。综合上述原 则，本次设计在桥中部设置两联60+60m双索 面双塔装饰斜拉桥。 斜拉桥假饰结构包括辅梁、主塔、拉索及 下部结构。主塔形式采用“门”型主塔，主塔 高约50m，桥面以上塔高35m，主塔横桥向间 距（两索面间距）为15.5m。索型采用竖琴型 双索面布置，索倾角均为30，在梁底索距 10m，塔上索距 5.8m。拉索用的钢绞线采用 15-3环氧涂层填充型钢绞线，公称抗拉强度 1860mpa，单根公称直径15.2mm，喷涂标准 外径16.4mm，外挤 hdpe 套管后外径 19mm。拉索外套外径20cm （=6.2mm） hdpe套管。斜拉索为单侧张拉，梁端张拉， 装饰斜拉索在桥梁结构中的应用 孙鹏 （辽宁省公路勘测设计公司，辽宁 沈阳 110006） 摘要：随着城市交通建设的发展，很多桥梁建设对美观性的要求越来越高。斜拉桥造型简捷流畅、连 续舒展、向上动势感强，显示出了巨大的艺术魅力，越来越受到人们的青睐。成桥后即成为城市的标 志性建筑物。如何通过较低的成本达到较美观的效果成为桥梁设计者思考的问题。本文通过对锦州人 工岛跨海大桥的装饰斜拉桥的设计，总结经验，为今后类似工程建设提供一些参考。 关键词：装饰；斜拉桥；索力 2016年第1期总第237期 塔端固定。 图1桥跨总体布置（单位：cm） 3 辅梁形式确定 斜拉桥造型，由于斜拉索水平方向的夹角 较小，并且需要对斜拉索施加初张拉力，才能 保证斜拉索不发生肉眼可见的下挠，斜拉索索 力的水平分力之和将使锚固段的梁体有水平滑 动的趋势，新增辅梁依靠自身的重力及和主塔 固结来平衡拉索的初拉力，辅梁截面的选择主 要依据平衡斜拉索竖向分力所需的重力确定。 辅梁均采用预应力钢筋混凝土空心矩形梁，梁 高2m，梁宽1.5m，上下缘及左右腹板壁厚均 为25cm。辅梁设置在防撞墙外侧，与主桥上 部t梁分离，形成各自的受力体系，互不干 扰。辅梁结构先简支后连续，在主塔部位与主 塔固接，梁底在支撑墩上设置橡胶支座。 图2辅梁布置图（单位：cm） 4 斜拉索初拉力的确定 斜拉索初拉力的确定是装饰性斜拉桥设计 中的关键步骤。装饰性斜拉桥的拉索只考虑自 身的造型、美观等因素，通常都不参与桥梁整 体受力，与主桥结构各自成为独立的受力体 系，桥面自重及活荷载由主桥的梁板、下部结 构承担，斜拉造型结构受力由装饰体系独自承 担。斜拉装饰部分要保证景观效果将斜拉索拉 直，需要一定的张拉力。如果装饰性斜拉索的 索力过大，会导致桥梁，特别是桥塔结构受力 的不合理，为使用阶段的结构安全埋下隐患； 如果索力过小，索长较大，这样会使得拉索下 挠度偏大，首先在景观上达不到斜拉造型的标 准，其次斜拉索在恒载与活载作用下，长期处 在一种变幅拉力状态，造成拉索疲劳的问题， 会减少拉索使用寿命，增加后期的养护费用。 因此拉索索力的确定就成为了装饰性斜拉桥设 计中的重要问题。本项目斜拉索采用塔上锚 固，梁体上单端张拉，采用在护栏外侧增设锚 固辅梁，斜拉索的张拉力传递到辅梁上。张拉 索力大小的确定首先不能影响主体结构的运营 安全，尽量减小索力对主体结构的影响，其次 为保证拉索张拉锚固的有效性及防止索体严重 下挠影响美观，索初拉力又不宜过小。斜拉索 主要受自重的作用，在自重作用下斜拉索呈悬 链线，并且基于以下几项假定条件1-2: （1） 斜拉索为柔性结构，只承受拉力作 用而不考虑受压作用，并且不考虑拉索的弯 曲刚度； （2）斜拉索为线性材料，其应力应变曲线 符合胡克定律； （3） 斜拉索的自重及风荷载沿索长均匀 分布； （4）不考虑斜拉索的横截面在拉索变形后 的变化。 根据以上基本假定，可以得到斜拉索在梁 端拉力及自重作用下的悬链线方程。图3表示 均布荷载（自重）q作用下的斜拉索，索形呈 悬链线。梁端张拉力ta与tb均沿斜拉索的切 线方向作用，其中斜拉索中任意一点的拉力的 水平分量h为定值。取任意一段拉索ds为隔 离体，单独分析其受力情况，如图4。 图3悬链线方程简图 图4斜拉索计算简图 由 书书书 ? ? ?得 41 2016年第1期总第237期 书书书 ? ? ? ? ? ? ? () ? ? 即 书书书 ? ? ? ? ? ? ? （1） 又 书书书 ? ? ? 槡 ? （2） 将（2）代入（1）式得 书书书 ? ? ? ? ? ? ? ? ? () ? 槡 ? 引入边界条件： 书书书 ? ? ? ? ； 书书书 ? ? ? ? 可得 书书书 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? () ? （3） 式（3）即为斜拉索在两端张力及自重作 用下的悬链线方程。 式 中 ： 书书书 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ； q 为拉索每延米的重量，h 为索张力的水平 分力。 根据式（1）可知，拉索初拉力越大，索 体下挠值越小，拉索线形越接近于直线。但拉 索体系应该尽量减小对主体结构的影响，所以 拉索初拉力不宜过大。因此，需确定合理的斜 拉索下挠值，以满足景观需求。笔者参考其他 设计的几座装饰斜拉桥，拉索最大下挠值控制 在l/400l/300之间，通常肉眼无法察觉到索 体下挠，实际景观效果良好。本次设计采用索 中心处下挠值l/350进行初拉力的控制。 下面将本桥5根斜拉索根据下挠控制值确定的 初拉力列于表 1 （长度单位：m；张拉力单 位：kn） 。 表1斜拉索初拉力的下挠值 索编号 1 2 3 4 5 索长 63.506 51.961 40.416 28.866 17.320 张拉力 300 240 180 150 90 最大下挠值 0.164 0.139 0.114 0.067 0.041 索长/350 0.181 0.148 0.115 0.082 0.049 5 施工方案及注意事项 5 （1） 施工工序：桩基施工承台施工 浇注索塔下塔墩浇筑下横梁爬模施工塔 柱浇筑上横梁吊装辅梁挂索并张拉各 斜拉索。 （2） 钻孔桩 ：钻孔桩采用旋挖钻机成 孔，用300导管进行水下砼灌注。 （3） 承台、墩柱 ：承台采用组合大块钢 模，墩柱采用定型钢模一模到顶，用碗扣式脚 手架支撑固定模板。 （4）主塔：下部施工建议采用筑岛围堰， 主塔塔柱采用爬模施工。因下横梁与塔柱脚都 与承台连成整体，故柱脚范围内塔柱与下横梁 一块施工，并在外模设置施工电梯，供人员上 下及小型物件的提升，为减少在施工荷载作用 下柱的变形量，在上下横梁中间及上横梁至塔 顶中间各设临时钢支撑一道。塔柱施工至上横 梁附近设预埋件，以此搭设支架平台，在平台 上现浇上横梁，外模采用大块定型钢模，内模 采用木模，砼一次浇筑完毕。施工时应注意， 塔墩、承台均属大体积混凝土，应采取有效 措施 （采用低水化热的水泥、埋冷却水管、 加强养护等） ，降低水化热的危害，确保混凝 土质量。 （5）辅梁：主梁与主桥t梁一起通过架桥 机进行架设，或待主桥完工后，再吊装就位。 （6） 拉索：拉索利用升降设备，将拉索 固定在主塔上，一次张拉到位，最后进行索 力调整。 6 结语 本文以人工岛跨海大桥假饰的设施为例， 对斜拉桥假饰的关键问题进行探讨，首先装饰 斜拉索的布置和初拉力的大小要根据景观要求 加以确定，运用悬链线理论公式可以接近模拟 拉索的真实情况。其次结合斜拉桥的施工过程 提出施工时的注意事项。综上，本文对装饰性 斜拉桥施工设计有一定的指导作用，可供今后 同类装饰斜拉桥的设计与施工借鉴和参考。 参考文