部分缆索承重梁桥的概念设计_吴新元

CHINA MUNICIPAL ENGINEERING第4期（总第180期）2015年8月No.4 (Serial No.180)Aug. 2015部分缆索承重梁桥的概念设计吴 新 元[林同棪国际工程咨询（中国）有限公司，上海 200092]目前世界上所有的桥梁通常可分为4种基本类型：梁桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥。

梁桥是靠自身承受所有荷载，后3种类型的主梁一般都比较柔，由缆索承担自重和部分活载，再由缆索传递到拱圈或桥塔上，最后传递到基础。

这3种形式都是缆索作为承重主体，主梁是次要的承重结构，统称为缆索承重桥梁。

在许多实际情况，特别是中小跨径景观桥梁，主梁本身具有相当大的承载能力，这时缆索只需承担超过主梁承载能力的荷载，缆索是次要的承重结构。

本文所要分析的部分缆索承重梁桥，邓文中院士也把它称之为索辅梁桥[1]。

利用这一设计概念，可以充分发挥梁的承载能力，在某些特定环境和要求下，设计出既满足美观需要又经济适用的桥梁。

1 部分缆索承重梁桥的设计原理和装饰缆索桥梁不同，部分缆索承重梁桥充分考虑主梁自身的承载能力，主梁自身承载能力不够时再通过缆索支承提供。

主梁和缆索都得到充分利用[2]。

部分缆索承重梁桥的理念是通过使用拉索增加梁的强度，使依靠梁自身强度不能满足实际跨径的桥梁可以达到设计要求。

根据梁自身的承载能力不同，梁上索支承的程度不同。

这个支承可以是斜拉收稿日期：2015-04-16作者简介：吴新元（1981—），男，工程师，硕士研究生，主要从事桥梁设计研究工作。

摘要：提出部分缆索承重梁桥的概念，阐述该类桥型的设计原理、特点和适用范围。

同时指出这类桥梁的拉索布置特点和成桥索力的确定方法。

以该类桥梁的3个设计实例进行补充说明。

关键词：部分缆索承重梁桥；概念设计；工程实例中图分类号：U448.21 文献标志码：A 文章编号：1004-4655（2015）04-0019-03DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2015.04.007索、悬索桥上的吊杆或拱桥的吊杆。

所以，具体可以分为3种不同的部分缆索承重梁桥：部分斜拉梁桥、部分悬索梁桥和部分拱承梁桥。

部分支承既可以只有一部分梁有支承，也可以梁的全部都有索支承，但是索只承担一部分荷载。

矮塔斜拉桥是部分拉索斜拉梁桥的一种，有它自身特有的定义，如索的倾角和梁上索区的位置等。

下面以等截面部分斜拉梁桥为例对部分缆索承重梁桥的设计原理加以说明。

图1a）为三跨等截面部分斜拉梁桥；图1b）为荷载产生的弯矩和主梁抵抗正负弯矩的承载能力；图1c）为荷载弯矩与主梁承载能力的差值，这部分差值就是拉索需要承担的荷载；图1d）为拉索能够提供的承载力；图1e）为根据荷载弯矩和主梁承载能力的差值确定具体拉索需要提供的承载力。

e)根据差值确定拉索提供的承载能力d)拉索提供的承载能力c)荷载弯矩和主梁承载能力的差值a)等截面部分斜拉梁桥总体布置示意图b)荷载产生的弯矩图和主梁抵抗正、负弯矩承载能力主梁负弯矩承载能力主梁正弯矩承载能力荷载弯矩图 1 部分斜拉梁桥设计原理示意图2 部分缆索承重梁桥的特点和适用范围缆索桥梁由于采用下承式或中承式，结构形体较高大，视觉突出，具有丰富环境的天际线，加之其主要承重结构采用悬链线主缆、扇形或竖琴形索面、拱形拱圈，曲线柔顺优美，结构挺拔高耸，造型优美，结构感强，具有独特的美学价值。

因此，不少城市和风景区，出于美学上的考虑，中小跨度桥梁（50～200 m）经常采用缆索桥梁。

由于国内钢箱梁价格一般是混凝土梁价格的2～3倍，考虑造价因素，中小跨度桥梁主梁一般采用2～3 m 梁高的混凝土主梁（当然也可以设计钢主梁的部分缆索承重梁桥），这样的主梁对于中小跨径桥梁本身就具备相当的承载能力，缆索只需承担超出主梁承载能力的部分即可。

故缆索和塔(拱)较缆索承重桥梁也纤细。

部分缆索承重梁桥既满足美学上的要求，又以较低的造价和相对低的梁高实现跨越能力的需要。

部分缆索承重梁桥除具有上述明显的特点外，还因自身特点在以下特定环境中使用。

1）由于索力较小，塔或拱圈的轴力相对较小，因此可以取消塔(拱)间横梁，使桥上视野更开阔。

2）在一些实际工程中，桥梁的塔高会被许多因素限制（如附近机场），由于索力不大，可以使用较低的塔高。

3）对于较宽的桥梁，由于横向控制梁高，在横向梁高确定的情况下，主梁可以采用箱形断面代替双主梁断面，主梁具有较高的承载能力，选择部分缆索承重梁桥形式，奉化江口桥就是采用这一理念设计的无风撑下承式系杆拱（见图2）。

图2 双主梁断面和箱型梁断面4）由于铁路或轨道桥梁本身需要较高的梁高满足刚度的要求，主梁本身就具有较大的承载能力，因此可以采用部分缆索承重梁桥的设计理念，重庆两江桥就是按部分斜拉梁桥设计的轨道交通桥梁。

5）环境的需要。

对于在深的河(山)谷上修建桥梁，如果采用一般的缆索承重桥梁，塔高会很高，与周围的景观不协调；如果适当降低塔高，同时增强梁的承载能力，使其成为一座很好满足环境景观的部分缆索承重桥梁。

瑞士的sunniberg 桥和重庆嘉悦大桥就是这类的部分斜拉梁桥。

3 拉索的布置和成桥索力的确定缆索承重桥梁成桥索力一般承担全部恒载和一半活载。

成桥索力的确定方法有刚性支撑连续梁法、弯曲能量最小法等；缆索的布置一般沿主梁相对均匀布置。

部分缆索承重梁桥由于缆索只需承担主梁自身强度不能满足部分荷载载重，故拉索布置及成桥索力的确定有非常大的自由组合。

根据美观需要选择梁上拉索的布置范围，既可以主梁全部布置拉索，也可以只在部分主梁上布置拉索。

成桥索力的确定以简化拉索制作和施工工艺为准，既可以全部拉索索力相同，也可以分成几组索力。

对梁提供部分缆索支承时，梁和索会受到所有荷载的影响。

两者各自分担活载的量是严格按照刚度进行分配，但永久荷载作用下的索力则可以通过调整达到合理数值。

对于中等跨度的桥，混凝土梁的重量通常远远大于活载。

一旦永久荷载被确定，活载的影响就不是很明显了。

4 典型部分缆索承重梁桥设计实例介绍沈阳三好桥跨越浑河，连接两岸新的开发区。

主桥为100 m 的双主跨，桥面宽34 m。

由于通航和两侧接线要求，梁高限制为2.4 m。

考虑造价限制，主梁采用混凝土部分缆索承重梁桥的设计理念，拉索只承载约50%的荷载，桥塔轻盈，同时对拉索索力可多样选择。

横向拱形桥塔通过拉索承担部分荷载，且布置在拱塔的2个斜塔柱上，远离塔的拉索索力尽量小，以减小拱桥的横向推力，这样可以很好解决结构受力、美观和经济的问题（见图3）。

图3 沈阳三好桥台江大桥位于福建省三明市，主桥2个主跨110 m，最大允许梁高2.6 m。

和三好桥一样，由于预算的限制，主梁采用混凝土部分缆索承重梁桥的设计理念。

不同的是由于造型的需要，台江大桥的大部分拉索布置在拱塔中间位置，为了克服拱肋推力产生的弯矩，设置一个水平系杆平衡拱向外的推力，有效降低拱塔的面内弯矩。

由于拱肋内没有足够的空间容纳系杆的锚头，所以系杆锚固在拱肋外面的耳板上，为调整系杆索力，在中轴上加一根垂直拉索。

三明台江大桥见图4，三好桥和台江大桥的拉索布置比较见图5。

图4 三明台江大桥图5 三好桥和台江大桥的拉索布置比较奉化市江口桥主桥为两跨70 m 的下承式系杆拱桥，桥总宽37.5 m，横向宽度控制主梁高度为2.35 m。

考虑主梁材料数量，系杆拱的主梁通常采用双主梁断面，由于主梁有相当的高度，本身具有较大的承载能力，采用部分缆索承重梁桥设计理念，把主梁改为同样高度的箱梁断面（见图2）。

由于主梁有相当大的承载能力，吊杆和拱肋只承担部分荷载，拱肋可以做的很纤细，同时可以取消拱肋间横撑，使桥上视野非常开阔，整个桥梁显得非常轻盈。

该桥为了美观需要，采用网状吊杆布置（见图6）。

图6 奉化江口桥5 结语本文提出部分缆索承重梁桥的理念，阐述这类桥的设计原理以及适用范围和特点，同时分析这类桥拉索布置的特点和成桥索力确定的方法。

可以看出部分缆索承重梁桥具有良好的景观效果、造价低、融合性好等优点，并以工程实例阐述这类桥的新颖性、独特性，达到工程总结、借鉴的作用。

参考文献：[1] TANG Man-Chung . Rethinking bridge design: a new concept[J]，Civil Engineering, 2007（77），28-45.[2] 林长川.缆索部分支承桥梁及其应用[C]//全国桥梁学术会议论文集.北京:人民交通出版社，2006:247-252.中华人民共和国住房和城乡建设部公 告第853号住房城乡建设部关于发布行业产品标准《城市轨道交通桥梁球型钢支座》的公告现批准《城市轨道交通桥梁球型钢支座》为城镇建设行业产品标准，编号为CJ/T482—2015，自2016年1月1日起实施。

本标准由我部标准定额研究所组织中国标准出版社出版发行。

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