矮塔斜拉桥定义特点及设计

矮塔斜拉桥概述矮塔斜拉桥的定义和特点矮塔斜拉桥为近20年来出现的一种新桥型，瑞士、日本、韩国等一些国家这几年修建了多座这种桥梁。由于它优越的结构性能，良好的经济指标，越来越显示出巨大的发展潜力。我国在这种桥型上起步稍晚，2001年建成的漳州战备大桥，是国内第一座真正意义上的矮塔斜拉桥。对于这种桥型的称谓尚未统一。日本的屋代南桥与屋代北桥为两座轻载铁路桥，初看起来象斜拉桥，因而日本的桥梁界对其笼统地称为斜拉桥。小田原港桥是一座公路桥，日本桥梁界没有把它称为斜拉桥，而是沿用了法国工程师1988年提出的名称—Extra-dosedPrestressingConcreteBridge，即超配量体外索PC桥，简称EPC桥。实际上屋代南、北桥与小田原港桥其结构体系非常相似，同样可以称为EPC桥。在美国，这种桥有称为“Extra-dosedPrestressingConcreteBridge”的，也有称为“Extra-dosedCable-stayedBridge”的。国内的称谓也一直存在争论，1995年我国著名桥梁专家严国敏先生首次把它定义为“部分斜拉桥”。其含义是：在结构性能上，斜拉索仅仅分担部分荷载，还有相当部分的荷载由梁的受弯、受剪来承受。“部分斜拉”即源于斜拉索的斜拉程度。后来国内一些文章根据这种桥型塔高较矮的特点，又把这种桥型定义为矮塔斜拉桥。矮塔斜拉桥的受力是以梁为主，索为辅，所以梁体高度介于梁式桥与斜拉桥之间，大约是同跨径梁式桥的1/2倍或斜拉桥的2倍。截面一般采用变截面形式，特殊情况采用等截面。矮塔斜拉桥的桥塔一般采用实心截面。塔高为主跨的1/8~1/12，由于桥塔矮，刚度大，一般不考虑失稳问题。梁上无索区较之一般斜拉桥要长，而且除了主孔中部和边孔端部的无索区段之外，还有较明显的塔旁无索区段。边孔与主孔的跨度比值较之斜拉桥要大。一般斜拉桥边孔与主孔的跨度比值一般小于0.5，多数在0.4左右，而矮塔斜拉桥与一般连续梁(刚构)桥相似，为避免端支点出现负反力，边孔与主孔的跨度之比一般会大于0.5，较合理的比值在0.6左右。为了充分利用部分的高度，拉索多成扇形布置，拉索尽量向塔上部集中通过。塔顶索鞍的作用如同体外预应力索的转向点，斜拉索在转向点一般被固定而无滑动。在建成的矮塔斜拉桥中，索鞍鞍座普遍采用双套管结构，即外钢管埋设于混凝土塔内，内套管套在外钢管中，斜拉索穿过内钢管，在两侧出口处设置抗滑锚头顶紧内管口，阻止内管滑移。斜拉索在梁上宜布置在边跨中及1/3中跨处。此外，矮塔斜拉桥由于塔较矮，塔顶水平位移不会很大，因此没有斜拉桥的特征构件一端锚索。同时在拉索用量上，由于矮塔斜拉桥以梁受力为主，索只起辅助作用，而且索的安全系数采用较低，因此，其斜拉索的用量明显比一般斜拉桥要少许多。矮塔斜拉桥结构体系主要有塔梁固结、梁底设支座；塔墩固结、塔梁分离；塔梁墩固结三种形式。主梁和塔具有较大的刚度，容易设计成多塔桥梁。斜拉索可锚固于塔上，也可以索鞍形式通过桥塔。矮塔斜拉桥是介于连续梁(刚构)桥与斜拉桥之间的一种新型桥梁。因此它的受力特点与这两种桥型既有联系，又有区别。从总体上说，连续梁是以梁的直接受弯、受剪来承受竖向荷载，斜拉桥是以梁的受压和索的受拉来承受竖向荷载，因此三者的最大差别在于梁的受力行为不同。研究梁的受力行为是研究矮塔斜拉桥的本质。图1-1三跨连续梁结构示意图及其弯矩示意图图1-2七跨连续梁结构示意图及其弯矩示意图图1-3矮塔斜拉桥结构示意图及其弯矩示意图图1-4多跨连续梁结构示意图及其弯矩示意图图1-5斜拉桥结构示意图及其弯矩示意图学由烘图缴1-哥1柜可知，跨中弯们矩及中间支座释的负弯矩较大冒，而轴力为零耐。我们知道，氧同跨径的简支事梁和连续梁比阴较，连续梁的眨跨中弯矩要比该简支梁小的多贿，所以若要使京梁体所受弯矩洽减小，最有效原的办法是减小湾梁的跨度，即仇增加支点。宣图典1-桃2租就是在泼图档1-断1饲的三跨连续梁宝中增客加漆4盆个支点，把三声跨连续梁变成亡七跨连续梁，嘉有图可见，梁灯体弯矩大大的拒降低。若所增孤加驳的障4谎个支点用斜拉衰索来替代，把乏单根较大的索制分成若干较小扮的索布置在附毛近，则形成矮萄塔斜拉桥，如浓图匹1-痒3阿为了进一步减胖小梁的弯矩，扮可继续增加支沈点，减小梁的差跨度，当支点垃增加至一定数渣量时，则梁的尽弯矩相当小，丸到如拳图躁1-换4议所示，此时，贸把支承用斜拉镜索来代替形成绒斜拉桥，如医图伪1-踪5席所示：贿由颂图议1-1~1-喊5症可以看出，从拔连续梁、矮塔续斜拉桥到斜拉埋桥，主梁承受圈的弯矩逐渐减示小，而轴力却独逐渐增加。药一般认为，当庆斜拉桥的竖向碌荷载承担率超乘过添30纠%聋或斜拉索在活鞋载作用下的应康力变化幅超示过液50MP隔a衡，即进入斜拉赌桥范围，斜拉楚索应力同取打0.依4排倍的极限应力呆，安全系数神取手2.劈5锻而在矮塔斜拉去桥中，拉索应自力幅比一般斜桶拉桥中的应力倚幅小。因此其叉拉索的应力采永用体外预应力径索的容许应力联，就取鹿0.捏6岭倍的极限应力徐，安全系数额为北1.6斯7马。此外，矮塔巩斜拉桥因为桥磨梁的刚度相对车较大，因此没慧有斜拉索的主漆要特征构胳件猴—男尾索。从桥梁递的角度来看。捏矮塔斜拉桥其嫩拉索相当于连归续梁负弯矩区拨混凝土开裂后后钢筋的作用，支承担拉力，主室梁这时就是截怎面受压区，但莲同梁桥相比，奥其自重小。跨腿径大；同斜拉偿桥相比，拉索可较少，水平分铲力就较小，从令而使得主梁的勒轴向力也就相椅对较小。胶综上矮塔斜拉胶桥具有以下鲜研明的特点绝【陆1鬼】组：莫(1磁)可、美学景观特货征：矮塔斜拉现桥主梁高度是车连续梁澡的婚1/博2侵左右，具有纤界细、柔美的美誉学效果，克服辅了连续梁桥主他梁高度过大带散来的压迫感和挨桥梁上、下部赛结构不协调的予弊端。桥塔和马斜拉桥的设置零使其具有斜拉耍桥宏伟、壮观朴的感觉。难(2兔)略、跨径布置灵化活：矮塔斜拉扎桥可设计成单蜘塔双跨、双塔佳三跨和多塔多最跨等不同的结才构形式。单跨领径凝在狠100~娘300m杜范围内为宜，亭克服了多塔斜罢拉桥做带来的筋刚度不足和各往跨相互影响的淋弊端，发挥了发多跨连续梁桥株的优点，无论辉在单孔跨径和心总桥长设计方柳面均有较大的居选择空间。瓦(3厘)畅、施工简便：岔矮塔斜拉桥的僻施工方法与连泳续梁桥基本相仍同，可采用悬屋浇法施工。施铜工中不必进行结斜拉索二次索叨力调整。由于吨矮塔斜拉桥桥删塔较矮，桥塔亲施工也没有斜陶拉桥桥塔施工探复杂。壤(4辅)真、经济性好：纽通过国内外以附建成的矮塔斜土拉桥吵架分析足，该桥型每延令米造价与连续肠梁桥基本持平稼，低于一般斜即拉桥造价，具鼠有可观的经济犁效益。舍矮塔斜拉桥的娇设计分析对矮塔斜拉桥的课总体布置及适惨用跨径妙根据国内外目崇前已建矮塔斜辰拉桥跨径比例雨分析，由于矮报塔斜拉桥刚度里比斜拉桥大，讨接近于连续梁敞，其边、中跨当比值常采莫用突0.52~0经.6葡5慰。在特殊情况惨下，边、中跨寸比值亦可小棋于拔0.铅5税，这时，边跨丰需采取措施，树解决负反力问朱题。矮塔斜拉社桥由于其主梁宽要承受相当大宰的弯矩，主梁颤截面形式与斜第拉桥有很大不蓬同，而更接近须于连续梁。一辣般情况下，大懂部分连续梁采庭用的截面形式降都能适用于矮逐塔斜拉桥，但法矮塔斜拉桥更艰适宜采用变高泡度截面。其塔乔墩处梁高可采纷用相同跨度连腥续梁高的一半碧左右。在特殊挂情况下，主梁廊亦可采用等高绿度，此时梁高捕与跨度之比可临采扬用疤1/35~1蝴/4庭5捕。在选择主梁它截面形式时，护需注意斜拉索挡的布置及锚固煌要求。弃矮塔斜拉桥的圈适用跨径由其倍特性决定，一物般适用跨径宜排在认100~30税0移m朋之间，若主梁宫采用钢与混凝太土混合结构，福跨径有望突行破蠢400灭m送。虽然连续梁颠桥采用预应力割混凝土建造，撤能就地取材、殿工业化施工、提耐久性好、适堆用性强、整体削性好且美观，让这种桥型在设大计理论及施工竹技术上都发展挺得比较成熟。丑但由于结构本拔身的自重大（型约占全部设计惯荷载造的扑30咏%旺至限60只%烧），且跨度越徒大其自重所占流的比值更显著限增大，大大限翁制了其跨度能愉力。还有大跨匙径连续箱梁要归采用大吨位支躲座，如南京二磨桥北汊获桥鸦165璃m锈变截面连续箱再梁，盆式橡胶铸支座吨位大。处这种大吨位支亡座性能如何、高将来如何更换死等一系列问题眯有待研究和解已决。屯矮塔斜拉桥的海结构体系竭结构体系可选哭用塔梁固结、柿梁底设支座；谋塔墩固结、塔歇梁分离；塔梁孕墩固结券的颈3钟种形式。塔梁脊固结、梁底设显支座形式适用肢于跨度不太大男的桥梁，支座啊吨位不至于过丹大，它的特点运是塔根弯矩较桐小，塔两侧索仿力差较小，结迅构的整体刚度味较小。塔墩固些结、塔梁分离绒形式适用于跨绣度稍大，墩高棕较矮的桥梁，跃它的特点是桥帝墩弯矩较大，蒙塔两侧索差较乔大，结构的整村体刚度较第一融种形式大。塔愁梁墩固结形式脾适用于跨度稍成大，墩高较大泡的桥梁，结构原体系类似于连秆续刚构，它的径特点接近于第寻二种形式。纳进行桥梁设计订时，应对结构丰体系的选择作码慎重考虑，选禁择最合适的形祥式。携矮塔斜拉桥杜设计分析方法坦矮塔斜拉桥在爷构造及受力特乘征上与斜拉桥雹和连续梁桥尚柳有一定的差异僚，在进行其结呼构分析时要注双意以下几点菜【煌2到】快：尖结构分析要选摸用合理的计算科图式，考虑施掠工过程中结构般的逐步形成和灭体系转换、临拌时支承的设置暴和卸除，以及烦结构各部分的淘强度增长，合祸理估计主梁架显设各阶段的施贱工荷载。直线男桥的施工控制非计算一般采用寄平面分析，必价要时采用三维赢空间分析。丈斜拉桥施工时涌因恒载引起的星内力与变形与刻施工方法有很孤大关系，主梁趟施工时的施工热计算荷载除恒见载人群、施工蝴机具等施工荷惧载外，还需考街虑预应力、斜滚拉索的张拉力逆等。记针对各施工阶界段的实际情况溉建立正确的计盐算模型，单元搅类型采用拉索警单元、梁单元记、叙3撑D间实体单元、板怀壳单元和边界尖单元等。仇当斜索的竖向悉荷载承担率超赢过苦30大%剖，或斜索在活责载作用下的应资力变幅超枣过击50MP蝶a和，即进入斜拉墓桥的范畴，其贫标志为斜索的衣容许应力取值捧的不同。看作敞斜拉桥的斜索水，其容许应力税取旅0.4f失pk应，安全系数布为以2.张5揉；而没有超过笛界限的矮塔斜纤拉桥容许应力歼取值则俘与邻P史C脖梁桥相同钳为驻0.6f能pk毒，安全系数债为埋1.6庙7部。非预应力混凝土左斜拉桥施工中融各工况受力状喜态达不到设计布要求的重要原遥因，是有限元晒计算模型中的伍计算参数取纤值共(明主要为混凝上惭的弹性模量、月材料的相对密段度、混凝土收隐缩徐变系数、鲁构件重量、施济工中温度变化桃以及施工临时蠢荷载条件井等阶)绵与施工中的实独际情况有一定是的偏差。斜拉投桥的这种偏差京具有累积性，局因此，要根据跃施工实测结果棵予以修正以使乡计算模型和计孔算参数符合结库构的实际情况丹。牛矮塔斜拉桥的励发展概况指矮塔斜拉桥是菜介于梁桥与传樱统斜拉桥之间把的一种新型桥排梁结构。普遍席认为，并由腹Christ乞ianMe放n兴n恳设计的建鸦于概198贪1妇年的甘惩特挺(Gante章r呆)寺大桥，是矮塔裕斜拉桥的雏形殃，其混凝土箱尾形梁由预应力卫混凝土斜拉捐板糖“之悬滚挂描”柿在非常矮的塔永上，这种板可丑以看成是一种借刚性的斜拉索惑。该桥的出现傲形成了斜拉桥疯的一个分湿支衰—擦—稼板拉桥怖。持Gante俗r带大桥为其后矮拖塔斜拉桥的出泽现奠定了基础议。般Gante堡r腐大桥之后，又蜡有墨西哥的帕张帕加警约芦(Papag苏ayo逃)览大桥、美国德心克萨斯州的巴表顿倡河当(Bar-d陆onGre挖ek漠)疲大桥及葡萄牙骤的索科雷多罪斯醒(Socom川idos已)寄大桥等相继建贩成。厚图农1-6歉秩瑞士的甘特桥号198馒8神年法国工程羡师房J.Math秒ivat拖e累在设计位于法朋国西南的阿勒类特骡·柜达雷高架桥时哨提出了一个替柴代方案，命名堪为况“授Extra-队dosed策PCbri坏dge让"励，直译塘为掩“槽超剂量预应力鹰混凝土桥彼梁蹈”恐。该方案的设条计包括与桥梁维上部结构固结斤的低塔，跨度暗为将100m偶的预应力混凝恶土等截面箱梁卷。穿过部分上踪鞍座的体外索岭除了像传统的性预应力对梁提伯供压力外，更梅主要地是对梁愁产生竖直提升井力并减小梁的音等效自重汤。悔199冈0挖年，德国扰的眯Atonie泊Naama惠n妇提出了一种组体合体外预应力喂索桥，体外索狱的一部分伸出增主梁之上，锚棕固在墩顶处主葵梁上的刚柱上殿。主梁为钢析晋架梁，主梁架炊好后再在其上肠立模浇筑上下说混凝土顶板、砍底板。这种桥阀式通过加大偏伸心距来提高体狼外预应力的效技率，从而降低看造价。这一种肥体系与法皆国紧J.Math泼ivat图e手的方案十分相知似。虽然这种脂桥型的雏形在鹿瑞士形成，并搅于灶198盏8糖年法国工程冠师纱J.Math胜ivat剂e欺把它明确命名非为赏“触Estra-奔dosed曾PCbri凡dg弱e以”蜻，但这种桥型服却在日本获得屿极大的发展。蜡由于这种桥型细具有良好的性押价比，对于跨亡度处于梁式桥论与斜拉桥之间困的桥梁和对刚敏度要求较高的穷铁路梁桥均具虑有很强的竞争止力。对于修建回斜拉桥塔高受阿到限制、多跨割斜拉桥刚度较机难满足要求时乘，矮塔斜拉桥榴也是一种很好帐的选择。跳199累4才年日本建成了组世界上第一座冬真正意义上的洽矮塔斜拉桥一异小田原港桥，筐此后，日本又犁修建了屋代南蚕、北铁路桥、砌冲原桥、蟹泽壤大桥、新唐柜享大桥等桥，迄惜今为止，日本虫修建的矮塔斜跪拉桥己超籍过挠2雕0闭座，桥梁跨径贸从初期小田原响港桥的马122m腹发展到长者桥炸的仿292.2m声。菲律宾怎于步199悬9圣年建成了第二丘曼达一麦克坦堤大桥，其主跨喷为超185m扁，桥面宽沸21m凉;厦老挝也粪于黎200皮0录年建成了巴色贺桥，其跨度为加143m解，桥宽为免11.8m寺；瑞士剪于鸣199半8外年建成了森尼漆伯格蜜桥阻(Sunni部bergb财ridge怕)丙，舅为凯5乔跨连续的矮塔箩斜拉桥，主跨夸达考140m恐。韩国像于袍200雾5鼠年建成豆了主Pyung-恼Yeo2慕Gy老o堡桥，该桥为韩扩国第一座矮塔角斜拉桥，其主陈跨为晃120m氏，双塔双索面逗；料200后6窜年建成了主跨辰110m袖的浸Kack-H咸waFir席s组t益桥，另外还有兽几座矮塔斜拉拌桥正在建设中渠。郑图习1-7刻染瑞士森尼伯旅格妻(Sunni填berg葡)哨桥赛浑壳岭图议1-8慈呜韩扛国盲Kack-H避waFir登s危t勉桥像图犯1-9示萌小田原港评（驾Odawar鞭aBlue昼way航)搂桥劝我国矮塔斜拉阵桥建造起步稍猛晚珠，按200凶1花年建成的福州铁漳州战备