矮塔斜拉桥

浅谈矮塔斜拉桥和多塔斜拉桥

矮塔斜拉桥是介于连续梁与斜拉桥之间的一种斜拉组合体系桥，具有塔矮、梁刚、索集中的特点。

矮塔斜拉桥主梁刚度较大，是主要的承重构件，斜拉索对梁起加劲、调整受力的作用，斜拉索的恒载索力占总索力(恒载索力十活载索力)的比重较斜拉桥大，斜拉索的应力变幅较小，疲劳问题不突出，因而斜拉索的容许应力可取0.6pk f ，从而降低工程造价。矮塔斜拉桥与连续梁相比具有结构新颖跨越能力大、施工简单、经济等优点;与斜拉桥相比具有施工方便、节省材料、主梁刚度大等优点。使得矮塔斜拉桥具有广阔的发展空间。

矮塔斜拉桥结构特点:

1、塔高较矮。拉索倾角较小，拉索为主梁提供较大的轴向力，并且拉索尽可能密集地从塔顶鞍座上通过，锚固于主梁。一般塔高可取主跨的1/8-1/12;

2、以梁为主，索为辅，梁体高度约是同跨径梁式桥的1/2或斜拉桥的2倍，梁高与跨度之比较大，一般为1/40-1/20，并且主梁自身承受大部分荷载作用约70%斜拉索只承受30%起到帮扶作用;

3、主梁无索区段较一般斜拉桥要长，有较明显的塔旁无索区段，不设置端锚索;

4、边孔与主孔的跨度比值在0.5-0.6左右，类似连续梁;

5、为了充分利用矮塔的高度，拉索多成扇形布置且布置较集中，通常布置 在边跨、中跨跨中1/3附近。在己建成的矮塔斜拉桥中，索鞍鞍座普遍采用双套管结构，拉索应力变幅一般只有斜拉桥的1/3左右，施工过程及合拢后，基本不需要进行拉索索力调整;

6、适用跨径宜选择在100m-200m 之间，如果采用组合梁或复合梁，则跨径可达300m.

7、尤其适用于多塔多跨和塔高受限制的情形，从刚度和疲劳考虑，它更适用于铁路桥或双层桥面，但采用多跨时存在较大的挠度问题。

矮塔斜拉桥的受力特点:

索塔将斜拉索索力按一定比例分配给主梁的水平和垂直方向，当主梁刚度较大时，就可以降低塔高，以节约材料，并给主梁提供较大的水平分力，以解决主梁体内预应力的不足。所以矮塔斜拉桥索塔的作用主要是通过分配斜拉索索力，从而实现对结构性能的改善。索塔对索力的分配作用不仅与自身高度有关，同时还与索力大小有关。拉索、预应力钢筋的用量和索塔塔高是相互影响的，索塔高些，拉索用量可少些，则预应力筋也可以相应少些，反之，亦然。在一定的范围内，通过索力优化调整因塔高降低对结构的负面影响，具有十分重要的意义。同

时在实际工程中，降低塔高对减小工程造价及缩短施工工期有现实意义。

矮塔斜拉桥锚固特点

通过将常规斜拉桥和矮塔斜拉桥的索塔构造进行对比分析，知两种桥型索塔均可以分为两种方式，一为拉索直接锚固在索塔上，另一种方式为拉索贯穿索塔，锚固在桥塔另一侧的主梁上。矮塔斜拉桥目前主要采用索鞍式构造，并且分丝管索鞍结构逐渐成熟。

(1)矮塔拉桥的拉索锚固型式与斜拉桥有较大差别，一般宜采用分层式鞍座锚固，其构造分为双套管索鞍结构和分丝管索鞍结构，只有极少数矮塔斜拉桥采用交叉式锚固。

(2)分丝管索鞍结构与双套管索鞍结构相比，很好的解决了双套管索鞍结构存在的索鞍下部与混凝土接触部应力过大、穿索困难、钢绞线相互挤压、防腐效果无法检查等问题。目前分丝管结构逐渐成熟，在矮塔斜拉桥中得到使用和推广。

(3)随着矮塔斜拉桥跨径的逐渐增大，索塔具有足够的锚固空间，钢锚箱等常规斜拉桥锚固形式逐步应用到矮塔斜拉桥索塔体系中。

矮塔斜拉桥发展趋势：

(1)高塔型矮塔斜拉桥。高塔型矮塔斜拉桥将是矮塔斜拉桥的一个发展趋势。它不仅保留了矮塔斜拉桥斜拉索的高利用率的特点，同时由于斜拉索水平倾角的增加，提高了斜拉索的竖向荷载分担率。而且还可以适当降低主梁的高度，减轻主梁自重，减少地震荷载的效应川。

(2)波形钢腹板矮塔斜拉桥。波形钢腹板不承受纵桥向的轴力，因此预应力施加的轴力全部作用在顶底板上;波形钢腹板主要承受由弯矩与扭矩产生的剪应力。与相同跨径的普通预应力箱梁相比，波形钢腹板的预应力箱梁其自重可减轻25%--30%。波形钢腹板预应力箱梁出现后很快就得到了推广应用，其中以法国与日本应用得多。

(3)钢一混凝土混合主梁矮塔斜拉桥。混合梁斜拉桥具有主跨跨越能力大、边跨预应力混凝土梁能总体上提高整座桥的刚度、减小主梁和拉索的疲劳影响、抗风性能和建筑外观得到改善以及主塔和边跨预应力混凝土梁可同时施工等一系列优点。

多塔斜拉桥是指具有3个及以上桥塔的斜拉桥。多塔斜拉桥与普通的斜拉桥相比，其最大的不同就是中塔没有边塔的端锚索，在荷载作用下，中塔会产生比较大的位移，中跨也会产生较大的挠度，使本已是柔性结构的斜拉桥变得更加柔，结构刚度问题成为设计关键。所以，在已修建的多塔斜拉桥上，都用了一定措施来提高整体的刚度，控制塔顶偏位和跨中的挠度。

多塔斜拉桥力学行为

当荷载作用于某一中间跨时，在受载孔中，主梁将产生下挠，拉索索力将增大，桥塔将产生偏向受载孔方向的变位，这使相邻孔桥跨产生上挠。在相邻孔中，另一桥塔则产生与受载孔桥塔反向的位移。由于没有边锚索控制中间塔的变位，拉索系统的作用没能充分发挥，多塔斜拉桥的整体变形只有靠主梁和桥塔的刚度来限制。

当荷载作用于相邻孔时，受载孔将下挠，桥塔则产生与前一情形反向的

变形，仍会导致整个结构变形过大，同时，还意味着结构每一构件都要承受

两个相反方向的内力，这将导致构件中较高的应力幅。

以上分析表明，多塔斜拉桥的主要问题是:怎样最有效地控制结构在活

载作用下的变形与内力?从分析中看出，控制中间塔变位是问题的关键环节。

提高多塔斜拉桥整体刚度的方法

(1)增大多塔斜拉桥主要构件的刚度

直接增大多塔斜拉桥主要构件的刚度，是提高多塔斜拉桥结构刚度的有效措施。增大主梁、桥塔或斜拉索的刚度均有利于提高结构整体刚度。

(2)设置塔间加劲索

在桥塔间设置水平加劲索或倾斜加劲索是提高多塔斜拉桥结构刚度的另一途径。但应用在多塔斜拉桥中其效果没有多塔悬索桥中好，一方面因斜拉桥刚度通常比悬索桥大，塔顶加劲索对多塔斜拉桥的加劲作用没有对悬索桥的加劲作用强;另一方面，多塔斜拉桥中的水平加劲索没有悬索桥中的美观。

(3)中间跨跨中区段布置交叉重叠索

在多塔斜拉桥的各中间跨跨中区段设置交叉重叠索，对提高结构整体刚度有一定作用，但其效果没有塔间加劲索有效，这是因为重叠索下端锚固于主梁上，而主梁刚度有限，无法有效控制中间塔塔顶纵向位移。

(4)设置边跨辅助墩

为改善斜拉桥的力学性能，常在两塔斜拉桥的边跨设置辅助墩。但多塔斜拉桥改善结构力学性能的效果没有两塔斜拉桥中显著。这是因为边跨辅助墩只对边跨、边塔及次边跨产生直接影响，对中间塔和中间跨的影响要通过次边跨来向中间跨传递，作用越接近中跨影响越小，且与传递过程中相关构件的刚度有关。但在三塔及四塔斜拉桥中，设置辅助墩对提高结构刚度仍然有相当作用，特别在三塔斜拉桥中，设置辅助墩后中塔在活载作用下的位移和内力均降低较多。在地形容许的条件下，设置边跨辅助墩有利于提高多塔斜拉桥的刚度。

(5)采用矮塔斜拉桥

由于矮塔斜拉桥桥塔矮、梁的刚度较大，对控制塔顶水平位移及梁的变位较为有利，故在中小跨径的多塔斜拉桥中，采用矮塔斜拉桥是解决多跨斜拉桥刚度问题的方法之一。需注意的是，由于矮塔斜拉桥的斜拉索对主梁的竖向提升力较同跨径的普通斜拉桥小，这使主梁高度比普通斜拉桥主梁高度大，故只有多塔斜拉桥的主跨跨径不太大时，才宜采用矮塔斜拉桥形式.从本质上看，矮塔形式的多塔斜拉桥仍是以较大的主梁刚度抵抗结构的整体变形，当然桥塔高度的降低本身也减小了桥塔的自由高度。