６０ 桥梁结构 城市道桥与防洪 ２０１１年４月第４期 独塔单索面斜拉桥结构设计及技术创新 李 伟 （天津市市政工程设计研究院，天津３０００５１） 摘 要：北方某独斜塔斜拉桥，拉索呈单索面稀索体系布置。该桥为混合梁斜拉桥，主跨采用正交异性桥面板钢箱梁，边跨为 预应力混凝土连续箱梁，跨径布置为（５１＋１２０）ｍ。主塔采用钢混组合式桥塔，索塔锚固区采用钢锚箱结构。钢箱梁主梁为单箱 多室结构，宽度大，梁高小，索梁锚固区域采用梁式钢锚箱连接。该文介绍了该桥的结构设计及关键技术创新，为今后类似工 程提供经验和借鉴。 关键词：独塔斜拉桥；设计构思；单索面；钢箱梁；梁式锚箱；钢混组合式桥塔 中图分类号：Ｕ４４８．２７ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９—７７１６（２０１ １）０４—００６０—０３ １ 研究背景 １．１工程概况 北方某斜拉桥位于该市总体规划的中心商务 区，是一座既满足交通功能又具有独特景观效果 的桥梁。该桥一跨跨越桥址处河流及河边道路，桥 梁全长２３１ ｍ，跨径布置为（５１＋１２０＋３０＋３０）Ｉｎ。其 中主桥长１７１ ｍ，为独斜塔单索面稀索斜拉桥，引 桥为２×３０ ｉｎ预应力连续箱梁。桥梁是机非混合 桥，双向４车道，另在主桥两侧设有观光人行道 图１ 实桥日景 （见图１）。 １．２主要技术标准 （４）人群荷载：４．０ ｋＮ／ｍ ； （１）道路等级：城市次干路； （５）桥梁宽度：主桥河跨侧３０ ｍ，主桥岸跨侧 （２）车道布置：双向４车道； ２７．５ Ｉｌｌ，引桥侧２８ ｉｎ； （３）桥梁设计荷载：城一Ｂ级汽车荷载； （６）通航标准：ＶＩ级航道，通航净空不小于４．５ ｍ； 收稿日期：２０１１－０３－０２ （７）地震烈度：基本烈度为ＶＩＩ度，结构物按 作者简介：李伟（１９６９一），女，天津人，高级工程师，从事桥梁 ＶＩＩＩ度设防； 设计及分析工作。 （８）桥梁坡度：横坡双向１．０％；纵坡３．５％。 ◆＿．－◆－．＿．－．－．－◆－．－ ＋・◆．．．◆－．－◆－．－◆－．＿◆－．－●－◆－◆’ 计算： 最后，选择一个有技术有经验的施工队十分重要。 环状间隙体积：Ｖａ＝（１２８２－１２０ ）×订／４＝１ ５５８．２ 非开挖技术对地层的扰动是不可避免的，在施工 （ｃｍ ）； 时，通过沉降观测等手段，判断施工状态，调配好 沉降槽的一半宽度：Ｗ＝１２８／２＋（５７０＋１２８／２）× 触变泥浆，是保证工程安全进行的关键因素。 ｔａｎ（４５。一６．７。／２）＝６２７．９（ｃｍ）： 最大沉降量：ＡｈｃＬ＝Ｖ￣￣－＝１ ５５８．２／６２７．９＝２．５ Ｃｃｍ）。 同样施工时触变泥浆作用，也将会减少沉降量。 参考文献 ３ 结语 ［１】夏明耀，曾进伦．地下工程设计施工手册【Ｍ】．北京：中国建筑 工业出版社，１９９７：７１６—７２９． 为了保证管道非开挖穿越公路时的安全，在 ［２］Ｍａｔｔｈｅｗ Ｗａｌｌｉｎ，Ｋａｔｈｒｙｎ Ｗａｌｌｉｎ，Ｄａｖｉｄ Ｂｅｎｎｅ￣，沈华．新的非开 设计阶段，就应有意识地加深管道埋深，但受到钻 挖施工中地表沉降风险的分析以及减少沉降的措施【Ｊ】．先进非 孔轨迹、不宜地层等条件限制，加大深度也只能在 开挖技术，２００８（９）． 一定限度内。另外，在保证管道能够顺利施工的情 【３］颜纯文，蒋国盛，叶建良．非开挖铺设地下管线工程技术【Ｍ】． 上海：上海科学技术出版社，２００５． 况下应尽量减小管道与钻孔之间的环状问隙体 【４］乌效鸣，胡郁乐，李粮纲，等．导向钻进与非开挖铺管技术【Ｍ】． 积，环状间隙体积是使公路产生沉降的最大因素。 武汉：中国地质大学出版社，２００４． ２０１１年４月第４期 城市道桥与防洪 桥梁结构 ６１ ２总体设计构思 该斜拉桥主桥跨径布置为（１２０＋５１）ｍ，主梁 采用钢与混凝土组合结构，即主跨采用钢箱梁，边 跨采用预应力混凝土连续箱梁。主桥桥梁为墩、 塔、梁固结体的刚构体系（见图２）。 图２桥型布置图（单位：ｍ） 主跨钢箱梁采用扁平闭口流线形钢箱梁，正 交异性板钢桥面，钢箱梁梁高１．８ ｍ，桥宽３０ ｍ， 呈现出宽度大，梁的高度低的特点。边跨为预应力 混凝土箱梁，桥宽２７．５ ｍ。塔柱为混合结构，无索 区为混凝土箱形断面薄臂柱，锚索区为钢箱梁结 构，拉索与主塔之间采用钢锚箱连接。 主桥河跨侧横断面布置为：３ ｍ人行道＋１０．５ ｍ 车行道＋３ ｍ中央分隔带（索区）＋１０．５ ｍ车行道 ＋３ ｍ人行道，总宽３０ ｍ。主桥岸跨侧横断面布置 为：１．７５ ｍ人行道＋１０．５车行道＋３ ｍ中央分隔带 （索区）＋１０．５ ｍ车行道＋１．７５ ｍ人行道，总宽２７．５ ｍ。 ３桥梁结构设计 ３．１主桥结构设计 斜拉桥主梁采用钢与混凝土组合结构。即主 跨采用扁平闭口流线形钢箱梁，边跨采用预应力 混凝土箱梁结构。钢箱梁段长１３０ ｍ，混凝土箱梁 段长４１ ｍ。钢箱梁为单箱多室截面，箱底宽２０ ｍ， 箱顶宽３０ ｍ，箱梁翼缘宽度每侧均为５ ｍ。梁高设 计中线位置为１．８ ｍ。箱梁顶板厚度为ｌ６—２５ ｍｍ， 底板厚度２０ ｍｍ，腹板厚度１６～２０ ｍｍ，普通横隔 板厚度１２ ｍｍ，间距２．５ ｍ。对应斜拉索吊点位置设 置加厚横隔板，横隔板厚度２５ ｍｍ，间距１．２５ １ＴＩ。 ３．２主塔结构设计 采用钢混组合式桥塔，共分三段。下塔柱为梯 形实体墩结构，承台位置截面尺寸为１０．１ ｍ Ｘ １０ ｍ， 梁底位置截面尺寸为１０．１ ｍ×８．０ ｍ。主桥桥面以 上塔高为５２．０ ｍ，其中无索区高度３１ ｍ，锚索区 高度２１ ｍ。上塔柱无索区为薄臂柱，采用混凝土 箱形断面，塔壁厚顺桥向１．６ ｍ，横桥向１．０ ｍ，主 跨侧采用园弧形式。主塔钢与混凝土结合处设置 结合段，结合段内浇筑混凝土，待混凝土达到设计 强度后张拉预应力粗钢筋及混凝土主梁中的纵向 预应力钢绞线。 ３．３斜拉索设计 主桥斜拉索采用单索面疏索布置形式，主跨 钢箱梁侧布置６根斜拉索，索距１５ ｍ。边跨混凝 土梁侧布置两对斜拉索，索距１３ ｍ，尾索锚固于 边跨梁端。采用Ｏ７镀锌高强平行钢丝成品索，拉 索采用双层ＰＥ护套。斜索锚固端设在主梁中部， 张拉端设置在主塔外。 ４关键技术创新 ４．１低高度梁宽桥箱梁的受力特性 本文斜拉桥的结构特点是宽度大，梁高小。为 准确掌握主桥钢箱梁结构在恒、活载、附加荷载， 以及各施工阶段的内力、应力和变形，采用大型有 限元分析软件Ａｎｓｙｓ，对主梁在不同工况下的应力 状态进行计算（见表１），暴露出许多未曾预见的 有关宽桥特点的问题，为今后宽桥小梁高的桥梁 工程提供了理论基础和实践经验。 表 钢箱梁在恒载＋活载工况下应力一览表 ４．２梁式钢锚箱的应用 索梁锚固区是斜拉索与主梁之间传递索力的 重要结构，具有刚度变化大、局部应力大的特点， 通常都是斜拉桥控制设计的关键部位。该工程索 梁锚固区设计需要考虑的几个因素： （１）单索面钢箱梁斜拉桥，与传统的双索面钢 箱梁斜拉桥受力特点明显不同。 （２）由于本文中斜拉桥为稀索体系布置，且为 单索面，主梁最大索力达８ ８００ ｋＮ，远大于其它小 跨径斜拉桥的拉索索力。 （３）梁的高度低，导致可用于索梁锚固区设计 的空间较小。尤其采用钢锚箱连接时，梁的高度低 制约了锚箱纵向腹板的传力焊缝长度，锚固区局 部应力控制难度大。 针对上述特点，索梁锚固区采用梁式钢锚箱进 行连接。梁式钢锚箱主要由锚垫板、承压板、锚固 板、ｕ型侧向加劲肋、锚前翼板和网状加劲板等板 件组成。斜拉索通过锚具锚固在锚垫板上，锚垫板 ６２ 桥梁结构 城市道桥与防洪 ２０１１年４月第４期 与承压板之间通过磨光顶紧连接。上下两块锚固板 和左右两块ｕ型侧向加劲板一起对承压板构成四 （４）在支架上施工剩余主梁及主塔部分； 边支承。索力传递路线为：拉索锚具一锚垫板一承 压板一锚固板一主梁腹板。锚箱顺桥梁向尺寸受主 梁梁高制约，锚固板与腹板相连的焊缝长度有限。 因此在锚箱前端设置与承压板平行的锚前翼板。上 下锚固板、承压板和锚前翼板均与两侧腹板相连， 与腹板的交角随斜拉索水平倾角的变化而变化。 采用大型有限元分析软件Ａｎｓｙｓ，建立空间有 限元实体模型进行仿真分析。由于在国内首次采 用梁式钢锚箱，在数值分析的基础上，进行了足尺 模型试验（见图３）。模型试验实测应力数值大小 （５）安装斜拉索； （６）张拉主跨最外侧斜索及对应边跨斜索，拆 除索吊点以下支架； （７）按照由内向外的顺序依次张拉主跨及对应 边跨斜索，拆除索吊点以下支架； （８）拆除全部支架后，测量全桥索力，根据实 测索力计算下一阶段索力修正值； （９）按照由内向外的顺序依次张拉主跨斜拉索 及对应边跨斜拉索，进行二次调索； （１０）施工人行道、栏杆、伸缩缝、防水层及沥 青混凝土铺装层； （１１）测量全桥索力，进行必要的修正，以保证 结构受力合理。 及变化规律与数值分析结果相吻合，即验证了数 值分析的合理性，也确保了结构安全。 ５ 结语 （１）小跨径独塔单索面稀索体系斜拉桥既能充 分满足功能要求，又较好地照顾了景观需要，且施 工工艺成熟，十分适合城市桥梁。 （２）本文中的斜拉桥，首次采用梁式钢锚箱成 功解决了大吨位拉索索力索梁锚固的难题。 （３）结合主塔的受力特点，采用钢一混凝土组 合式桥塔，充分利用了两种材料的特性，扬长避 短，协同工作，效果极佳。 图３钢锚箱足尺模型试验现场 （４）针对本文斜拉桥开展的多项关键技术课题 的专项研究和试验，获得了诸多创新突破，既确保 ４．３有限支架施工方法 根据墩塔梁固结单索面斜拉桥的特点，结合该 工程场地条件，主桥施工采用满堂支架法施工。即 首先在满堂自支架上架设主梁，待主梁合拢后在进 行斜拉索安装、张拉等工艺。主要施工流程如下： （１）场地平整，施工放线，基础施工； （２）施工 、２＃墩柱，施工１＃墩下塔柱； （３）在工厂加工桥面钢箱梁；在支架上架设主 梁０号块梁段，完成塔梁固结； ・●…・●…・●…・●…・●…－Ｏ…・●…・●…・●…－●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…・●…了大桥设计的安全和可靠，同时也为今后类似桥 梁的建设积累了经验。 参考文献 …丁雪松，熊刚，谢斌．大跨度钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构的发 展与应用【Ｊ】．世界桥梁，２００７，（４）：７０—７３． 【２】邓文中，任国雷，杨春．涪陵乌江二桥总体设计【Ｊ】．桥梁建设， ２００７，（１）：４３－４６． 【３】李坤丰，叶长允，陈洪涛．徐州和平路斜拉桥设计【Ｊ】＿世界桥梁， ２００９，（１）：２６—２８． ・●…－●…－●…・●…・●…・●…－Ｑ…・●…・●…－Ｏ…－Ｏ…・●…・●…－Ｏ…・●…・●…－●…・●…・●…・●…・●…・●・・ “十二五”交通发展规划专题 “十二五”是我国经济社会发展的关键时期和攻坚时期，也是我国交通运输加快转变发展方式、从传 统产业向现代交通运输业转型的重要时期。面对新形势、新要求，交通运输基础设施仍将大建设、大发 展，交通运输管理水平和服务能力迫切需要提高。李盛霖要求，要继续坚持“一条主线、五个努力”的总 体思路，进一步修改完善“十二五”交通运输发展规划和４个专项规划，做好专项规划和“十二五”规划 的衔接。公路建设要进一步提高中西部地区、少边穷地区以及新疆、西藏等特殊地区投资标准，进一步 扶持西部和少数民族地区公益性较强的水运基础设施建设。