文档介绍:矮塔斜拉桥的结构设计问题探讨
【摘要】矮塔斜拉桥同时具有斜拉桥和梁桥力学行为,且结构受力 明确合理、桥型结构美观、桥跨布置合理、施工方便等优点。本文通过对 矮塔斜拉桥的桥型特点、受力原理及结构设计要点进行了分析和总结,为 同类桥梁设计提供参考。
【关键词】矮塔斜拉桥;结构设计;探讨
一、 引言
桥梁设计向大跨、轻型、轻质、美观、环保方向发展,因此,设计师 对降低结构自重、结构轻型化及经济指标的要求变得越来越高。1988年, 法国工程师Jacgues Mathiv提出了新的桥梁结构形式 矮塔斜拉桥
。1994年,日本建成了世界上第一座矮塔斜拉桥一一小田原港桥,其 跨度为(74+122+74) m,,双塔双索面的固结体系,拉索通 过塔顶的鞍座后锚固在主梁上。其后在日本得到迅速发展。我国虽起步稍 晚,但发展势头迅猛,并在全国各地广泛采用[1] [2]。
矮塔斜拉桥的发展过程与混凝土结构的发展相似,混凝土结构从普通 钢筋混凝土一预应力混凝土一部分预应力混凝土;桥梁是连续梁一斜拉桥 一矮塔斜拉桥,部分预应力混凝土的出现,填补了普通钢筋混凝土与全预 应力混凝土之间的空白,同理,矮塔斜拉桥的出现,也填补了刚性桥与柔 性桥之间的空白,为桥型方案的选择提供了更广阔的空间。
二、 矮塔斜拉桥的结构设计要点
2. 1、矮塔斜拉桥的受力特性分析
矮塔斜拉桥是介于具有柔性斜拉桥和刚性梁桥之间的一种过渡性桥 梁结构形式,就是一种刚柔相济的新型桥梁,其受力特征及梁高介于两者 之间,并在布索、结构尺寸及受力特点等方面与常规斜拉桥有着较大的差 别,同时在总体抗力中梁与斜拉索共同作用,其抗力的比例与斜拉索刚度 和梁的刚度的比值有关,且塔高较矮,如图1所示。图1桥型布置图
根据以上桥型特点及受力分析可知:连续梁受弯、受剪为主,矮塔斜 拉桥的受力特点接近一般预应力混凝土梁桥的体外索,梁受压、受剪,斜 拉索受拉;斜拉桥的梁受压,斜拉索受拉,三种桥型方案的最大差别在于 主梁的力学行为不同,同时连续梁一矮塔斜拉桥一斜拉桥的主梁承受弯矩 逐渐减小,但轴力逐渐增加因此,矮塔斜拉桥既不是梁桥也不是 传统的斜拉桥,它是一种斜拉桥和梁桥的协作体系,该体系解决了主梁体 内预应力钢束配置效率不高和空间不足的问题,同时降低主梁结构刚度及 自重,并充分发挥了斜拉桥不经济或梁桥刚度不够的跨度优势。
、矮塔斜拉桥的结构特点
矮塔斜拉桥与斜拉桥的主要区别是斜拉索在塔上的锚固形式,斜拉桥 的拉索在塔顶上锚固或张拉,但矮塔斜拉桥一般采用鞍座式,斜拉索在塔 顶连续通过,由于摩擦力存在及固定装置,因此拉索在塔顶不能滑动
[4]。由于主梁将承受较大弯矩,主梁需配置较多的预应力提供其抗弯 承载能力,为了充分发挥斜拉索的作用,使斜拉索提供竖向力的同时,对 主梁提供较大的轴向压力,因此斜拉索的倾角宜较小,塔高较矮,根据日 本的经验,塔咼一般为王跨的1/12〜1/8。
矮塔斜拉桥的梁受弯、受压和索受拉,共同承受竖向荷载的特点,主 梁与拉索承担抗力的分配比例,若梁体刚大,承载力大,则斜拉索的作用 小,反之,梁体较柔,承载力较小,则斜拉索的作用大。因此,矮塔斜拉 桥可根据实际情况,合理选择各部尺寸使设计自由空间更大。根据国内外 同类桥梁的工程实例及参考文献对矮塔斜拉桥的构造特点综述如