独塔斜拉桥方案设计

独塔斜拉桥方案设计
某独塔斜拉桥为三跨双塔双索面混合梁斜拉桥，主梁采用混凝土梁与钢箱梁组合的组合结构，钢箱梁采用预应力混凝土结构。

主塔采用A形混凝土结构，斜拉索采用三角形布置。

斜拉桥由主梁、塔、索和塔下基础组成。

主梁采用单箱三室变截面箱形截面，塔柱为钻石形断面，塔柱顶部设置横隔板。

对主塔、斜拉索和塔下基础进行了详细的方案设计，并对各主要结构进行了详细计算分析。

结果表明：该桥方案设计合理、技术可行，为今后类似独塔斜拉桥设计提供参考。

工程概况
某独塔斜拉桥为三跨双塔双索面混合梁斜拉桥，主跨160m，主梁采用单箱三室变截面箱形截面，混凝土主梁顶宽32.5m，底宽15.25m，截面高度2.5m；钢箱
梁采用高强度Q345qE的优质钢材制作，钢梁顶、底板厚度为1.5cm和0.8cm。

主塔塔高156.30m，塔柱为钻石形断面；斜拉索采用三角形布置，斜拉索布置间距为9根/2m（见图1）。

该桥位于珠江三角洲核心地带，属亚热带季风气候区，气候温和多雨。

主桥桥位地质条件良好，处于软土地基上。

主梁位于淤泥质土层上，最大洪水位为153.59m；斜拉索为微风化岩石材料，最大拉应力为9.29MPa；主桥结构体系简单。

总体设计
该桥全长579m，主跨280m，桥面宽22.4m，跨径布置为（60+80+40）m三跨双塔双索面混合梁斜拉桥。

主梁采用钢箱梁与混凝土梁组合的新型结构，钢箱梁长24m，宽13.8m，高5.65m；混凝土梁长38m，宽6.5m，高3.5m。

主塔高120~160m，塔柱为钻石形断面，塔宽25.6~27.0m，塔柱高14.8~21.0m。

索塔锚固区及辅助
墩位置设置钢板桩基础。

索塔与主梁固结，主梁单根钢束全长为1.65倍索长的
预应力钢绞线。

拉索每根钢束由16根直径为0.22mm、抗拉强度为1860MPa的低松弛钢绞线组成。

主梁采用单箱三室变截面箱形截面，腹板高6.5~8.0cm、宽6.5~8.5cm；底
板厚2.0cm，高2.0~2.5cm；顶板厚3.0cm，高3.0~3.5cm；边腹板厚5.0cm、
宽3.0~4.5cm。

主梁在主梁内设置纵向预应力筋。

拉索采用三角形布置，单根索斜拉索长12m，斜拉索共16束。

结构设计要点
（1）主梁采用单箱三室变截面箱形截面，桥塔采用钻石形断面，索塔采用H型断面。

桥塔钢箱梁内填混凝土，混凝土梁内钢箱梁外设钢桥面，桥面与桥塔间设橡胶减振垫。

（2）主梁在两个索塔处设置了纵向预应力束，拉索索力由纵向预应力束控制，横向预应力束由横向预应力束斜拉索控制。

纵向预应力束张拉范围为0~3m，横向预应力束张拉范围为2~6m。

在纵向预应力束中布置有竖向钢筋。

（3）主梁采用钢箱梁和混凝土主梁组合的结构体系，钢箱梁采用预应力混凝土结构，斜拉索采用三角形布置。

索塔与钢箱梁和混凝土主梁组合的结构体系有效地降低了主梁和桥塔的内力。

（4）主跨跨中设置横隔板，以减少主梁弯矩及主塔水平推力。

主要计算结果
本工程设计采用MIDAS/Civil软件进行结构分析，其中主梁采用MIDAS/Civil软件进行整体计算，塔柱及索塔采用有限元软件MIDAS/Civil进行结构整体计算。

整个工程在施工阶段主要计算结果如下：
1.整体静力分析：各工况下结构应力均在规范要求范围内，应力最大值出现在施工阶段；主梁最大应力为81.85MPa，最大值出现在顶推力作用下的施工阶段；斜拉索最大应力为303.8MPa，最大值出现在成桥状态。

2.斜拉索内力分析：索塔索力月均分配系数为0.98,其中混凝土索力月均分配系数为0.75;钢索索力月均分配系数为1.03。

3.支座反力月均反力月均分配系数为0.62。

塔柱施工方案比选
塔柱施工方案的确定应充分考虑结构受力合理，施工方便，并能保证桥梁的美观。

在本桥塔柱施工方案的选择中，主要考虑以下因素：
（1）采用爬模施工方案时，必须充分考虑模板与塔柱连接处的约束条件和受力状态，保证模板与塔柱连接处受力合理。

（2）由于塔柱为钻石形断面，故在计算中应充分考虑自重荷载及风荷载对塔柱的影响。

（3）考虑到混凝土的收缩、徐变等因素对塔轴线的影响，同时结合本桥结构特点，尽量使塔柱截面受力均匀。

经比较分析，认为在结构体系受力合理的前提下，采用爬模施工方案比较适合本桥塔柱施工。

由于爬模施工需要对整个桥塔进行设计计算，因此在确定爬模施工方案时还需要考虑梁端标高和模板制作安装等因素。

关键技术问题解决方案
（1）由于该桥主跨跨径为300m，单侧索重力作用明显，桥梁最大悬臂状态为25m+300m+25m。

且主梁和斜拉索自重均较大，为了保证结构的整体性，采用了如下措施：①在主梁与斜拉索之间设置纵向联系拉杆，将主梁和斜拉索连成整体；②在主梁与斜拉索之间设置纵向联系拉杆，将主梁与斜拉索连成整体。

通过上述措施，使主梁和斜拉索的重力荷载传递到塔柱上，从而使结构受力更为合理。

（2）由于该桥采用的是独塔斜拉桥，在受力方面与双塔斜拉桥有一定差别。

因此在结构设计时重点考虑了以下问题：①充分考虑结构的整体性；②注意结构的横向刚度；③加强结构的刚度和稳定性。

（3）该桥为独塔斜拉桥，采用三角形索布置形式。

为了改善索的受力状况，提高其耐久性和安全性，对索进行了合理布置，同时对索塔、索鞍、塔座等部位进行了相应的防腐处理。

结论与展望
（一）采用独塔斜拉桥方案设计，可以充分利用地形、地物，在满足大桥设计荷载要求的前提下，降低桥梁造价，降低建设成本。

（二）通过方案设计，主桥结构布置合理、受力明确；在保证结构安全的前提下，主塔的高度和塔高的比值取值合理；采用三角形布置斜拉索可以有效地控制斜拉索应力及索距，塔柱采用钻石形断面则可以很好地改善索塔应力状况。

（三）该桥设计技术可行，结构受力合理，可供类似桥梁设计参考。