自錨式預(yù)應(yīng)力混凝土懸索橋的設(shè)計構(gòu)思
2018-03-26
1引言
自錨式懸索橋不需要修建大體積錨碇，特別適用于地質(zhì)條件較差地區(qū)；同時由于主梁采用混凝土材料，可以克服鋼結(jié)構(gòu)懸索橋用鋼量大、建造和后期維護(hù)費用高等缺點，故能取得良好的經(jīng)濟和社會效益。現(xiàn)代橋梁設(shè)計除了滿足自身結(jié)構(gòu)要求外，越來越注重景觀設(shè)計，自錨式混凝土懸索橋具有其特有的結(jié)構(gòu)曲線，外觀優(yōu)雅美觀。在一定跨度范圍內(nèi)，此種橋型的適用性、經(jīng)濟性、美觀性達(dá)到了完美的統(tǒng)一。
本文結(jié)合工程實例，對一座三跨自錨式預(yù)應(yīng)力混凝土懸索橋的設(shè)計進(jìn)行了研究，并著重闡述了主梁、主塔、主纜及吊桿等主要受力構(gòu)件的設(shè)計構(gòu)思，對同類橋梁的設(shè)計選型具有較大的參考價值。
2工程概況
本工程為城市內(nèi)跨河橋梁，河道寬約120m，由于其位于城市繁華地段，故對橋梁的景觀性要求較高。橋位處地質(zhì)條件較差，地下土多為淤泥及粘性土。經(jīng)過經(jīng)濟性、景觀性比選后，最終選定采用三跨雙塔雙索面自錨式混凝土懸索橋方案。橋梁全長130m，跨徑布置為30+70+30m；橋梁全寬30m，橫向布置為2.5m人行道+2m吊桿區(qū)+21m車行道+2m吊桿區(qū)+2.5m人行道。橋梁總體布置如圖1所示。
3 設(shè)計構(gòu)思
3.1矢跨比
主纜矢跨比直接影響懸索橋結(jié)構(gòu)受力，是懸索橋設(shè)計中的一個重要指標(biāo)。懸索橋常采用的矢跨比為1/8~1/12，矢跨比越大，則索的拉力越小，主纜及錨固點部分工程造價會大大降低，但塔高會大大增加，相應(yīng)地橋塔部分工程造價會增大，反之亦然。對于中小跨徑懸索橋，矢跨比對橋梁結(jié)構(gòu)受力影響并不是很明顯，故在設(shè)計中常采用較大的矢跨比以期達(dá)到較好的美學(xué)效果。在對橋梁進(jìn)行安全性、經(jīng)濟性及美觀性等多方面比較后，最終確定橋梁采用的矢跨比為1/5。
3.2 主梁
鋼結(jié)構(gòu)主梁具有自重輕、剛度大、收縮、徐變變形小及施工方便等優(yōu)點，大跨度懸索橋主梁較多采用鋼結(jié)構(gòu)。早期懸索橋主梁一般為鋼桁梁，和鋼桁梁相比鋼箱梁具有穩(wěn)定性好、抗扭剛度大等優(yōu)點，所以鋼箱梁在現(xiàn)代懸索橋設(shè)計中應(yīng)用越來越廣泛。但鋼結(jié)構(gòu)主梁都不可避免地有用鋼量大、建造和后期維護(hù)費用高等缺點，故應(yīng)用起來常有很大的局限性?；炷林髁耗苊黠@克服上述缺點，在滿足結(jié)構(gòu)受力的前提下經(jīng)濟耐用，故其在中小跨徑懸索橋設(shè)計中被廣泛采用。
經(jīng)過多種指標(biāo)比選，最終確定本橋主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁，梁高2.0m，為滿足主纜錨固要求，在梁端位置主梁局部加高到3.0m。主梁全寬30m，橫橋向共設(shè)置了6道腹板，以保證主纜水平力的有效傳遞。順橋向每隔4m設(shè)置一道橫隔板，并配置橫向預(yù)應(yīng)力，來傳遞吊桿拉力。主梁配置15-12縱向通長預(yù)應(yīng)力束及15-7墩頂短預(yù)應(yīng)力束，以滿足抗裂計算要求。
3.3 主塔
本橋采用塔墩固結(jié)體系，主塔采用框架結(jié)構(gòu)形式，橋面以上塔高25m，塔頂設(shè)置橫梁。由于塔高及橋塔受力均較小，所以橋塔及橫梁均采用實心混凝土結(jié)構(gòu)。橋塔頂部采用花瓶形造型，橫梁采用變截面形式，以增加橋梁的觀賞性。
3.4 主纜及吊桿
主纜及吊桿是懸索橋的主要受力構(gòu)件，也是此類橋梁設(shè)計的難點所在。經(jīng)計算，成橋主纜最大拉力達(dá)6200KN，主纜采用直徑5mm高強平行鋼絲，標(biāo)準(zhǔn)強度1670MPa，單根主纜由7股127根鋼絲束組成，主纜直徑為170mm。通過設(shè)置于塔頂?shù)蔫T鋼索鞍及錨固端的散索夾，來使主纜準(zhǔn)確就位。全橋共設(shè)置42根豎直吊桿，均采用7-73絲平行鋼絲成品索。
3.5 施工流程
1）橋梁基礎(chǔ)施工；2）橋梁墩臺及主塔施工；3）安裝索鞍，架設(shè)主纜導(dǎo)向索；4）施工主梁并張拉縱、橫向預(yù)應(yīng)力束；5）架設(shè)主纜；6）緊纜、調(diào)整主纜線形，安裝索夾及吊桿等；7）張拉吊桿，拆除主梁支架；8）橋面鋪裝及附屬結(jié)構(gòu)施工；9）按順序調(diào)整吊桿拉力至合理值，成橋。
4 結(jié)語
自錨式預(yù)應(yīng)力混凝土懸索橋具有結(jié)構(gòu)合理、線形美觀及工程造價低等優(yōu)點，適合于對景觀要求較高的中小跨徑橋梁。本文結(jié)合工程實例，從矢跨比、主梁、主塔、主纜及吊桿等方面對此類橋梁進(jìn)行了設(shè)計分析，探討了此類橋梁受力及結(jié)構(gòu)選型的特點，本文可作為同類橋梁設(shè)計分析的參考。
參考文獻(xiàn)
[1]懸索橋 北京: 人民交通出版社, 2011.
[2]懸索橋手冊 北京: 人民交通出版社, 2003.
[3]混凝土自錨式懸索橋 北京: 人民交通出版社, 2005.
[4]周緒紅. 武雋. 狄謹(jǐn). 大跨徑自錨式懸索橋受力分析 土木工程學(xué)報, 2006年02期.
[5]魏標(biāo). 自錨式懸索橋體系的分析比較 同濟大學(xué)
