矮塔斜拉桥结构及设计特点

矮塔斜拉桥结构及设计特点
【摘要】矮塔斜拉桥由于其具有性能优越、造型美观、经济指标良好等优点，在世界各国得到广泛的应用，发展十分迅速。

本文主要介绍了矮塔斜拉桥设计特点，分析了设计要点及问题，还就矮塔斜拉桥主梁施工的线形控制进行了探讨。

【关键词】矮塔斜拉桥；结构；设计特点
引言
随着桥梁技术的不断发展，出现了许多新型的桥梁结构。

矮塔斜拉桥就是近年来出现的一种新型桥梁结构形式。

这种桥型是介于常规斜拉桥与普通梁桥之间的一种组合体系桥梁，使得桥梁的跨径得以延长。

由于其具有优越的结构性能和良好的经济特性，在世界各国得到广泛的应用。

1矮塔斜拉桥设计特点
1.1矮塔斜拉桥主梁设计
矮塔斜拉桥与常规斜拉桥最大的不同是主塔比较矮，这个特性使得斜拉索与主梁的夹角较小，斜拉索提供的竖向分力仅能抵消梁体所受的部分竖向内力。

客观上主梁以梁的受弯、受压、受剪和斜拉索受拉来共同承担竖向荷载，主梁以压弯为主，此外，主梁还需抵抗活载偏心引起的扭矩。

因此，主梁采用变截面箱梁是非常好的选择，而根据矮塔斜拉桥斜拉索索面布置的不同，常采用单箱单室或单箱多室等截面形式。

1.2矮塔斜拉桥主塔设计
矮塔斜拉桥的主塔不仅要承受斜拉索竖向分力引起的轴向压力，而且还要承受由于两侧斜拉索的拉力不同所引起的弯矩，塔的刚度将直接影响全桥的受力特性，塔是矮塔斜拉桥的主要受力构件之一。

矮塔斜拉桥的受力性能取决于主梁、主塔、墩及斜拉索的相对刚度。

矮塔斜拉桥的拉索就像主梁的体外预应力筋，主塔的作用就是增大体外预应力筋的力臂，拉索主要作用是通过初拉力的预应力效应来改善主梁的受力性能；当主梁抗弯刚度较大时，可以通过降低主塔高度给主梁提供较大的轴向分力，从而解决主梁体内预应力的不足。

主塔除承受拉索的竖向轴力分力外，还可以通过优化斜拉索索力来改善其自身的受力性能。

塔高的选择首先与桥梁的主跨跨径有关，其次是斜拉索的索面布置形式、拉索的索距和水平倾角等有关。

在相同跨径的情形下：塔高降低，斜拉索的倾角减小，索力在水平方向的分力增大，主梁轴力增大，主梁最大正、负弯矩的绝对值增大，挠度变大。

1.3矮塔斜拉桥斜拉索布置
常规斜拉桥一般沿纵桥向全桥布索，而矮塔斜拉桥存在明显的3处无索区段：中跨跨中、塔根部和边跨端部。

矮塔斜拉桥无索区长度，即塔根部无索区长度、主跨跨中无索区长度和边跨无索区长度是影响矮塔斜拉桥的力学行为的重要设计参数。

拉索布置根据索面不同分平面索面和空间索面，按在桥梁纵向布置可选择扇形索和竖琴索，但国内外矮塔斜拉桥大都采用扇形索面，尽量利用矮塔的有效高度，提高拉索的竖向分力。

一般梁上索距4—6m，塔上索距0．6—1m。

2矮塔斜拉桥设计要点及问题探讨
矮塔斜拉桥具有较多优点：如压缩梁体建筑高度，从而减小桥梁全长；降低桥塔高度；有利于提高斜拉索的抗疲劳性能；施工也有一定的优越性。

对于混凝土主梁，矮塔斜拉桥主跨跨径在100—300m之间。

下面对矮塔斜拉桥的设计要点及设计过程中的问题进行一些探讨。

矮塔斜拉桥结构体系可划分为：主梁、桥塔、斜拉索、索鞍，下部结构等主要部分。

一般桥梁宽度及跨径组合确定后需明确以下主要工作：
主要材料：主梁、桥塔和墩身一般采用高标号混凝土，主梁一般采用C60，主塔和墩身一般C50。

斜拉索较多采用镀锌钢绞线或环氧填充型钢绞线。

索鞍采用分丝管结构。

主梁梁高确定及主梁截面选型：梁高的取值可参考公路斜拉桥设计细则和同类工程项目。

需要明确的是矮塔斜拉桥由于有拉索承担部分荷载，与单纯的梁桥不同，梁高的大小还与拉索的用量有关，拉索用量大，梁高可以选用小值；反之，梁高可以选用大值。

主梁截面形式一般采用箱形截面，具体采用单箱单室或者单箱多室，需根据桥宽和拉索布置确定。

主塔墩尺寸及主塔墩造型确定：主塔桥面以上高度一般为主跨跨径1／12—1／8，增大塔高，斜拉索竖向分力增大，有助于改善主梁受力。

主塔横向造型可分为：单柱式、双柱式、H型、Y型等。

塔的截面形式有矩形、圆形、椭圆型、H型等，一般为实心截面。

桥墩一般采用柱式、薄壁式、双薄壁式、柱式切缝等。

柱式切缝是在柱截面中心位置切开一条缝，墩比较矮时，切缝不减小柱式墩的水平抗推刚度，但可减小柱式墩顶和墩底的弯曲应力，由此，墩的总体应力下降。

斜拉索及其锚固：斜拉索较多采用镀锌钢绞线或环氧填充型钢绞线。

梁上索距4—6m，塔上索距0.6—1.0m，索鞍现在较多采用分丝管结构。

以上结构尺寸等确定完成后，需建立全桥的计算模型，计算内容主要包括：斜拉索面积预估，梁体体内预应力预估，施工阶段静力计算，成桥阶段静力计
算，优化斜拉索面积和梁体内预应力束根数至较理想的成桥状态，最后做施工阶段和成桥阶段抗风抗震计算，梁和塔局部或全桥三维仿真分析计算。

对全桥维仿真分析计算是为了校核局部梁或塔或塔梁结合部的应力状态，对掌握全桥的内力状态十分重要。

3关于矮塔斜拉桥主梁施工的线形控制
矮塔斜拉桥拉索一般不进行二次调索,主梁刚度较大,不能利用索力调整进行主梁线形调整,在箱梁混凝土浇筑过程中,必须对立模标高控制,即进行主梁施工线形的控制。

在斜拉桥施工中,进行线形控制的目的不仅是为保证桥梁线形符合设计要求以及顺利合龙,而且关系到梁上索导管与拉索相对位置是否准确,拉索能否在索导管内自由活动,拉索在承受活载时是否受剪等问题。

国内某些斜拉桥由于没有重视施工过程中索导管的定位,致使拉索堵死索导管,使得拉索承受额外的剪力,从而影响桥梁的耐久性。

预拱度设置一般由施工监控单位完成,施工单位除了在施工时考虑监控单位提供的施工预拱度外,还应考虑挂篮、施工支架等自身的弹性变形。

影响主梁线形的因素很多,在施工过程中,应注意以下几个方面的问题:①混凝土弹性模量对结构变形影响较大,而碎石原材料直接影响混凝土弹性模量,在混凝土配合比设计中,应注意采用硬度较大的母材；②混凝土养护条件将影响混凝土的后期徐变,因此应特别注意混凝土洒水养护,并严格控制张拉控制条件；③对于采用悬臂浇筑的桥梁,挂篮利用滚轴纵移到位、浇筑混凝土前,必须安装刚度较大的刚构件将滚轴换下,以防在浇筑混凝土过程中,滚轴压缩交形,影响主梁线形。

国内某桥发生过由于以上原因在浇筑完后致使滚轴压扁、影响节段线形的事例。

参考文献
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