浅谈矮塔斜拉桥及七闸大桥的设计.doc

1、浅谈矮塔斜拉桥及七闸大桥的设计摘要：随着我国桥梁建设技术的不断发展,矮塔斜拉桥桥型在越来越多的地方得到应用。本文首先介绍了国内外矮塔斜拉桥的发展概况，然后对其特征进行了分析,最后针对目前所采用的矮塔斜拉技术在扬州市七闸大桥实际建设过程中的应用进行了分析研究,旨在为促进桥梁建设提供有利帮助。 关键字：矮塔斜拉桥；七闸大桥；工程设计 Abstract: With the continuous development of the bridge construction technology in China, has been applied in more and more places of

2、extradosed cable-stayed bridge. This paper firstly introduces the development situation of domestic and foreign extradosed cable-stayed bridge, and then analyzes the characteristics, the application of the technology in the process of the extradosed cable-stayed bridge in Yangzhou city of seven gate

3、s in actual construction were analyzed, aiming to provide beneficial help to promote the construction of bridges. Key words: low tower cable-stayed bridge; the seven gate bridge; engineering design 中图分类号：U448.27 文献标识码：文章编号： 一、矮塔斜拉桥的概述 （一）矮塔斜拉桥的简介 矮塔斜拉桥，又称为“部分斜拉桥”,为近 30 年来出现的一种新桥型，是介于梁桥与传统斜拉桥之间的一种桥型结

4、构,其拥有优越的结构性能，良好的经济指标，显现出巨大的发展潜力。矮塔斜拉桥的受力是以梁为主，拉索为辅，梁体建筑高度介于同等跨度的连续梁与斜拉桥之间，截面一般采用变截面，也可采用等截面或局部变高度梁的型式。矮塔斜拉桥的塔高较矮，一般为主跨的 1/81/12，有时受条件限制或桥梁造型的需要，塔高也可适当加高。矮塔斜拉桥的拉索布置与常规斜拉桥雷同，空间上可布置成单索面和双索面，双索面又可分为竖直双索面和倾斜双索面。拉索在索面内的布置可分为三种基本型式：辐射形、竖琴形及扇形。矮塔斜拉桥的结构体系有三种形式。分别为:塔梁固结、梁底设支座；塔墩固结、塔梁分离；塔梁墩固结。 （二）国外、国内应用现状 198

5、8 年，法国的 Mathivat 教授第一个提出了矮塔斜拉桥这一结构形式，1994 年，日本建成了世界上第一座矮塔斜拉桥小田原港桥。此后，日本又连续修建了几十座矮塔斜拉桥，跨径从初期的 122m 发展到近300m。其中，屋代南桥（跨径布置：64.2+105.0+105.0+64.2） 、屋代北桥（跨径布置：54.3+90.0+54.3） 、冲原桥（跨径布置：65.4+180.0+54.3） 、蟹泽大桥（跨径布置：99.3+180.0+99.3） 、西唐柜新桥（跨径布置：74.1+140.0.0+69.1） 、东唐柜新桥（跨径布置：66.1+120.0.0+42.1） 、士狩大桥（跨径布置：94

6、.0+120.0.0+42.1） 、长者桥（主跨 292.2m）等桥梁为此桥型的典型作品。同时，菲律宾、老挝、瑞士、韩国、美国、孟加拉国、巴西等国也相继建成了一批矮塔斜拉桥。一系列该桥型的建设，为桥梁建设者们积累了大量的经验，推动了该新型桥梁形式和新技术在桥梁建设中的广泛应用和发展。 矮塔斜拉桥建造在我国起步稍晚,我国第一座矮塔斜拉桥，即芜湖长江大桥（公、铁两用钢桁梁斜拉桥）于 2000 年建成。至今，我国已建成了几十座矮塔斜拉桥，包括福建漳州战备桥、厦门同安银湖大桥、兰州小西湖黄河大桥、江苏常澄高速常州运河桥、山西汾河桥、广西柳州三门江大桥、扬州七闸大桥等。这些桥梁建造过程中所进行的科研、设

7、计、施工与管理过程中所积累的经验,为在我国的进一步发展这种桥型奠定了良好的基础。 二、矮塔斜拉桥桥型的特征 与 PC 连续刚构箱梁桥相比，梁高较低的等断面柔细的上部结构，并减轻下部结构的负担。 因梁高较低，前后引线区段结构物可做得较低。 结构上对斜索的依赖程度较少，斜索拉力变动对梁的影响较小，不需要再张拉，不象一般斜拉桥需要再张拉的斜拉索体系。根据以上原因可节省综合建设费。 与过去的斜拉桥相比，梁的刚度较大，挠度减小。 因对斜索依赖程度小，斜索应力变动可大幅度减小，抗疲劳性能提高。 塔高比过去斜拉桥降低一半以下，斜索长度短，索的垂度小，振动等引起次应力变动小。 与 PC 连续刚构箱梁桥相比，因

8、为有塔可创造出标志性景观，而且，又没有斜拉桥的塔高，作为市区的建设，少了些威压感，多了些新近感。 有一定程度的梁高，斜索的锚头可放在梁内，外观较整洁。 与过去斜拉桥相比，对斜索的依赖程度较少，施工中不必调整斜索拉力。 适度的梁高（梁内人可立着步行） ，而且梁高普遍相等，施工和维修作业特别优越 三、七闸大桥的设计 扬州市七闸大桥是江都城区跨越高水河的桥梁，沟通高水河两侧的东方红西路和东方红东路，全线总长约 753.0m，其中桥梁总长为449.84m。主桥采用（55+85+55）m 的矮塔斜拉桥结构。 根据江苏省干线航道网规划，桥位处通航标准为 60x7m，最高通航水为位为 8.5m，梁底标高需大

9、于 15.5m，较老桥抬高了 2.5m 左右，由于新桥桥面标高的抬高，考虑到路线与两侧相交道路的平交，在加大路线纵坡的前提下，应尽量降低主桥的建筑高度。经多次方案比较及认证后，此桥最终采用矮塔斜拉桥桥型，既满足了通航净空的要求，路线也能和现状相交道路顺接，同时为江都城区增添了一景。 （一）总体设计 对桥跨布置设计工作应根据桥下通航净空、河道宽度以及主边跨合理匹配来进行。设计布置工作的主要任务是完成对立面、横断面、平面的布置,总的布跨应遵循以下几点原则： 首先,在进行结构纵向布置确定墩、塔的桩位时应参考通航净宽及河道宽度来进行；其次,结构横向布置应遵循设计技术指标；最后,桥跨布置中确定索塔高度时

10、应根据梁塔高度比例及桥型整体效果来确定。 在确定主梁的标准节段长度,拟定主梁无索段索距,桥塔索距等基本设计参数时应调研部分梁斜拉桥的实例资料，并建立计算模型采用 MIDAS软件进行计算确定合理的数据。在满足以上原则的基础上,根据多次计算分析和调整，桥跨的布置最终如下：桥梁主跨采用 88m 的局部变高度梁，施工方法采用挂蓝悬臂现浇，结构体系为塔梁墩固结。 （二）索塔控制尺寸确定 根据斜拉索的布置、桥面宽度和跨度等因素，一般情况下，索塔采用钢结构或钢筋混凝土结构,有时为了满足需要也可采用预应力混凝土结构。七闸大桥由于桥跨不大，从桥面算起的塔高为 15m，比较低，同时拉索较少，索塔受力较小。综合考虑

11、相关因素，并进行计算分析，最终，七闸大桥共设置索塔四个，索塔顺桥向厚度为 2.03.5m，横桥向厚度为1.5m，采用钢筋混凝土结构。考虑到城市景观需求，索塔采用曲线状，塔身中心小，两头大，逐渐变化，塔身采用凹线条进行美化。 （三）拉索设计 矮塔斜拉桥的主要承重构件之一是拉索,关系到结构整体刚度和经济合理性。一方面,斜拉索的作用为:体外预应力索、平衡支点负弯矩、降低刚构桥梁梁高,即加固主梁。另一方面,一些拉索也对主梁起弹。斜拉技术的发展是建立在混凝土预应力技术的基础上,拉索和预应的体外索作用相当。七闸大桥与传统斜拉桥的斜拉索拥有共同特点,即抗疲劳性能强、承载能力高、弹性模量稳定且高、耐久性、便于

12、拆换、锚固可靠和抗腐蚀性良好,它对响桥梁的结构性能,施工方法和经济性都有很大影响。 在斜拉索布索形式上矮塔斜拉桥相比普通矮塔斜拉桥有许多新的特点：首先,矮塔斜拉桥的拉索宜布置成扇形,充分利用了部分的高度；其次,矮塔斜拉桥由于桥梁上部结构的刚度较大,单端锚索是矮塔斜拉桥的特征构件；最后, 矮塔斜拉桥与连续梁桥在受力方面相似,起主要作用的是主梁,斜拉索只是起辅助性作用,所以矮塔斜拉桥的拉索较少，间距较大。 基于以上因素考虑，结合该桥自身的特点，七闸大桥斜拉索最终采用双面索（每一索面由两排索组成） ，扇形布置，全桥共 8 对，32 根。斜拉索在梁顶纵向间距为 7.0m,塔上竖向间距采用 1.5m，与

13、水平线的夹角为 19.47332.966 度。每根斜拉索单端锚于主梁主侧。斜拉索采用群锚体系，每根拉索由 12 根 s15.20 环氧树脂全涂钢绞线组成。斜拉索钢绞线外包裹 PE 管。 结论：本文通过对矮塔斜拉桥桥型特性的研究，以及该桥型在七闸大桥建设中的应用分析,提出了该桥型在城市建设采用的优点：不仅为城市带来了美丽的风景,工程造价较低，同时降低了桥梁结构建筑高度,解决了引道与现状交叉道路的衔接问题等。通过本论文的研究,对今后实际工程建设中遇到的问题的解决具有十分重要的意义。 参考文献 1 顾安邦.徐君兰.矮塔斜拉桥，中国公路学会学术讨论会论文集 2 上官萍.蔡鹏程.卓卫东.房贞政.部分斜拉桥体系参数对动力特性的影响分析J,福州大学学报(自然科学版) 3 陈从春.肖汝成. 矮塔斜拉桥几个问题的探讨及发展展望, 中国公路学会学术讨论会论文集