双斜塔无背索斜拉桥桥塔设计

GONGCHENGSHE J I
㊀«工程与建设»㊀２０２０年第３４卷第３期
４４７
㊀收稿日期:２０２０Ｇ０３Ｇ１７;修改日期:２０２０Ｇ０４Ｇ２１
作者简介:武余波(１９８７－)
,男,安徽灵璧人,硕士,工程师．双斜塔无背索斜拉桥桥塔设计
武余波
(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司;公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心,安徽合肥㊀２３００８８
)摘㊀要:六安寿春西路桥为 V 形双斜塔无背索非对称斜拉桥,六安市标志性建筑,方案构思巧妙,造型新颖独特.本文从桥塔设计㊁拉索合理布置,论证双索面无背索桥梁方案,达到了安全㊁实用㊁耐久㊁经济㊁美观的设计要求,同时取得了较优的景观效果,可为后续同类桥梁设计提供参考.
关键词: V
形双斜塔;无背索;非对称;桥塔设计中图分类号:U ４４８．２７㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:１６７３Ｇ５７８１(２０２０)０３Ｇ０４４７Ｇ０２
０㊀引㊀㊀言
六安市寿春西路桥西岸起于六安市景观大道,与景观大道十字平交,向东跨越淠河,与淠河北路十字平交.根据建设部门规划,寿春西路桥定位为城市大型景观桥梁,景观设计需做到 一桥一景㊁亦桥亦景 ,建成后桥梁需成为城市地标性建筑,提升城市形象的名片,成为一道靓丽的城市风景.
按照桥梁定位及设计目标要求选取了 V
形塔无背索斜拉桥,该方案构思巧妙㊁造型新颖,不同角度均有较强的空间景观效果,侧视两塔肢如张开双臂,欢迎八方来客,平视拉索交叉设计,体现了淠河两岸协同发展㊁共同繁荣,正视为 V 字造型,如图１所示,象征 V I C T O R Y
,胜利之门.图１㊀ V
形塔无背索斜拉桥总体效果道路等级为城市主干道,主桥采用(１０８＋７０)m V
型双斜塔双索面斜拉桥;主梁采用钢Ｇ混梁,梁高３．０m ,宽度４７．０m ;塔柱采用矩形塔,主塔上塔柱高７０m ,副塔上塔柱高５０m ,下塔柱高约１８．５m ,塔柱顺向倾角５８ʎ,主塔横向倾角１０．７ʎ,副塔横向倾角１３ʎ.主跨及边跨侧均设置８对斜拉索,斜拉索采用竖琴型布置,梁上索距９．０m ,塔上索距３．０m .主墩基础为承台接群桩,桩基为２０根直径２．０m 钻孔端承桩.塔㊁梁均采用支架施工,主桥结构总体布置如图２所示.
图２㊀主桥总体布置(单位:c m )
１㊀桥塔设计
１．１㊀材料选取
首先确定主塔材料,常规斜拉桥主塔可采用混凝土塔㊁钢
塔,对于斜塔无背索斜拉桥,塔柱重量主要由单侧索力平衡,若塔柱采用钢塔,重量较轻,平衡塔柱重量索力极小,极小索力的拉索对主梁竖向支承作用几乎可忽略不计,不利于主梁受力,所以大部分无背索斜塔斜拉桥索塔均采用重量较大的混凝土塔以利用平衡主梁,提高斜拉索效率,本桥最终仍选择采用混凝土塔方案以提高拉索效率.１．２㊀施工可行性
对于本桥双向倾斜索塔,塔高主要受施工因素影响,当塔
高较高时,斜拉索倾角较大,效率较高,但双向倾斜的高索塔稳
定问题较大[１],施工措施费大量增加[２]
,且塔柱刚度较小,施工
定位及变形控制难度都成倍增加,考虑施工影响,塔柱高度不宜太高,经吸取国内类似斜塔无背索斜拉桥设计经验,综合考虑斜拉索倾角及塔柱施工因素,最终选取主塔上塔柱高度
７０m ,副塔上塔柱高度５０m .
１．３㊀桥塔设计
顺向塔柱倾角主要受斜拉索效率影响,相同塔柱截面尺
寸,塔柱倾角越大,平衡塔柱重量斜拉索索力越大,效率越高,但过大的塔柱倾角不利于施工及结构整体景观比例,经综合比
７４４
GONGCHENGSHE J I
４４８㊀«工程与建设»㊀２０２０年第３４卷第３期
选,本桥塔柱顺向倾角最终选取５８ʎ.塔高确定后,塔柱横向倾角即可确定,本桥主梁较宽,按线路功能要求,机非分隔带宽度需达到４．０m ,改有利条件为塔柱空间提供了 免费 的锚索区范围,塔柱及斜拉索置于机非分隔带位置既不影响行车安全亦无须增加费用.横向倾斜对索塔受力极为不利,使塔柱产生较大的横向弯矩,该横向弯矩必须在结构受力允许范围,经综合考虑,主塔横向倾角最终确定为１０．７ʎ
,副塔倾角最终确定为１３ʎ
,因考虑主㊁副塔拉索需穿越对方索塔交叉布置,为避免冲突,副塔稍矮,横向倾斜角度稍大.
索塔尺寸一方面需重点考虑结构受力需要,顺向受力方面,增大索塔尺寸利于提高拉索索力,增大拉索效率,但增大索塔尺寸后横向易产生较大的弯矩,不利于横向受力,塔柱尺寸需综合考虑纵㊁横两方向受力;同时,塔柱尺寸受结构整体布局影响,尺寸较大时结构显得笨重,严重影响结构协调,美观.经技术㊁美观两方面综合考虑,塔柱最终尺寸为横桥向主㊁副塔宽度分别为２．０m ㊁２．８m ,顺桥向主副塔均采用变截面,由塔顶２．５m 宽度变化至塔根５．０m 宽度.
２㊀拉索设计
斜拉桥拉索分布主要有竖琴形和扇形两种形式,大跨斜拉
桥一般采用扇形布置,小跨斜拉桥一般采用竖琴形布置,竖琴形斜拉索用量稍大,但景观效果较好.
两种布置方式受力情况如图３㊁图４所示.
图３㊀竖琴形布置受力图示
图４㊀扇形布置受力图示
㊀㊀参考国内外类似桥梁设计[３－６]
,
当拉索竖琴型布置于整个塔身时,每一节段塔身重量均可由拉索平衡,塔身受力较为合
理,产生较小的弯矩,顺向主要以受压为主.当拉索扇形布置时,大部分拉索锚固于塔顶部位,塔柱下侧无索区无相应斜拉索平衡,塔身不但受轴向压力,而且存在较大弯矩,且本桥塔横向亦为倾斜,横桥向为竖向梁式受力,产生较大的横向弯矩,塔身受轴压㊁纵㊁横向弯矩作用,受力较为复杂,构造亦难处理.有鉴于此,考虑塔身受力,国内外较多斜拉桥均采用竖琴型布置,本桥经比选论证后亦采用竖琴型布置,主塔设置８对斜拉索,副塔亦设置８对斜拉索,梁上索距９．０m ,塔上索距３．０m ,斜拉索倾角２１．５ʎ,副塔下端３对斜拉索主要锚固于塔根位置,对梁体受力影响较小,但有对副塔受力及变形调整极为有利,便于改善副塔受力.
３㊀结束语
寿春西路桥为六安市标志性建筑,大型景观斜拉桥,方案
构思巧妙,造型独特,空间立体感较强;本文从材料选择㊁施工可行性㊁结构受力合理性等角度进行了了主桥塔柱设计㊁拉索设计细部方案论述,经技术㊁经济㊁施工㊁美观等各方面详细比较后提出了桥塔方案,确定了桥塔造型,该造型传力明确㊁构造合理,景观较佳.该桥分析设计思路可为后续同类型桥梁设计提供参考.
参考文献
[１]㊀宋旭明,兰辉萍．无背索斜塔斜拉桥的稳定性分析[J ]．华东交通大学学报,２００３,２０(２):３６－４０．
[２]㊀狄谨,黄庆．无背索斜塔钢－混凝土结合梁斜拉桥施工控制仿真[J ]．长安大学学报(自然科学版),２００４,２４(３):４３－４７．[３]㊀陈爱军,邵旭东．无背索竖琴式斜拉桥混凝土斜塔结构设计与研究[J ]．公路,２００６,５１(８):６２－６７．
[４]㊀邵旭东,李立峰,赵华．长沙市洪山桥竖琴式斜拉桥的设计[J ]．湖南大学学报(自然科学版),２００１,２８(４):８８－９３．[５]㊀汪波,朱新实,叶见曙．斜塔无背索部分斜拉桥结构设计研究[J ]．公路,２００８,５３(８):２０－２５．
[６]㊀李照众,吴巨贵,徐勇．聊城市湖南路无背索斜拉桥设计研究[J ]．
石家庄铁道大学学报(自然科学版),２０１３,２６(２):２２－２５,３５．
８４４。