高低塔固结体系斜拉桥结构优化设计方法

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1、高低塔固结体系斜拉桥结构优化设计方法马振栋，卢光明，黄刚1高低塔固结体系斜拉桥结构优化设计方法马振栋，卢光明，黄刚(林同横国际工程咨询(中国)有限公司，重庆401121)摘要：高低塔固结体系斜拉桥在结构布置和受力行为上均具有明显的不对称性，为优化该类桥梁受力性能，以主跨388m的高低塔固结体系斜拉桥——重庆水土嘉陵江大桥为背景，对高低塔固体体系斜拉桥结构设计进行研究。研究结果得出：通航及地形等边界条件决定高低塔设置情况，下塔柱柔度是固结体系的结构选用原则；通过采用增大低塔侧边跨跨度、拉索采用等索距布置、在高塔侧设置背锚索的方法可优化结构布置；可根据主跨长度选择梁

2、体类型，根据梁体类型确定辅助墩设置情况；可在低塔侧的边跨采用混凝土梁与钢一混叠合或钢主梁结合的方式来进一步改善结构受力。关键词：斜拉桥；高低塔；固结体系；塔柱柔度；辅助墩；结构优化设计中图分类号：U448．27；U442．5文献标志码：A文章编号：1671—7767(2015)04—0001—051前言高，在结合了恰当的整体刚度设计的基础上，采用了当斜拉桥采用墩、塔、梁刚结构造时，形成固结固结体系。体系斜拉桥，该体系斜拉桥具有较大的整体刚度，更本文结合重庆水土嘉陵江大桥(以下均简称水利于悬臂施工的优势。由于不用设置桥塔处支座、土桥)的结构设计及优化比选过程，利用

3、MIDAS程阻尼器及特殊的减隔震等设施，桥梁的养护也更加序建立空间梁、板、索单元进行分析计算，研究双塔简便。在地震动作用下，该桥型上部结构水平力直布置的高低塔固结体系斜拉桥的结构选用原则及优接传递至下塔柱使其弯、剪受力，因此需注重抗震设化设计的有效方法。计，加强构造措施。当斜拉桥的各上塔柱高度不同时，形成高低塔斜拉桥，通常是由于通航及地形等边2工程概况界条件的限制而采用的适应性桥型方案。水土桥位于重庆两江新区，．跨越嘉陵江，主桥为固结体系与高低塔构造结合使用，就形成高低(260+388+128)m双索面高低塔固结体系叠合梁塔固结体系斜拉桥，近年来这种桥型的应用逐

4、渐增斜拉桥。蔡家侧边跨61m的位置设有辅助墩。桥多。表1列出部分固结及非固结体系高低塔斜拉梁全宽32．5m，叠合梁采用双工形钢主梁与混凝土桥。其中，典型的高低塔固结体系斜拉桥——重庆桥面板结合的构造，中心梁高3．5m，梁上索距均采涪陵乌江二桥和重庆双碑嘉陵江大桥_2(见图用12m的等间距布置，水土桥总体布置如图2所示。1)，这2座桥均因低塔侧梁体的平面线形为曲线，限叠合梁与混凝土桥塔固结并通过对拉预应力束制了边跨的布跨，不能采用对称的等高塔布置，因此加强连接。桥塔采用混凝土双柱型垂直塔柱、六边采用了高低塔构造；由于这2个地区的抗震等级不形空心截面，高低塔塔柱外截

5、面尺寸分别为(7～13)表1典型的固结及非固结体系高低塔斜拉桥收稿日期：2015—01—22作者简介：马振栋(1975一)，男，高级工程师，1998年毕业于同济大学桥梁专业，工学学士(E—mail：mazd@tylin．corn．cn)。高低塔固结体系斜拉桥结构优化设计方法马振栋，卢光明，黄刚3表2塔、梁固结与非固结塔柱受力对比图6索面布置示意的景观性，因此索面通常采用一致性布置，全桥的梁上索采用等间距布置，即“高低扇”形布置，这也是综合条件考虑下拉索的最佳布置方式。水土LHIL．Ll_128l，▲』莹—＼eA／0混凝土梁0／／／．PF一注：L为主跨跨度；LH为

6、高塔侧边跨跨度；LL为低塔侧边跨跨度：L#为等效的等高塔斜拉桥的跨度：HuT为高塔上塔柱高度；Hn为高塔下塔图7理论上最优布置示意柱高度；LT为低塔上塔柱高度：HLB为低塔下塔柱高度；A为等效跨度的跨中点；B为高塔和低塔索面的分界点；PF为辅助墩。3．2．2梁体图5高低塔固结体系斜拉桥参数示意高低塔固结体系斜拉桥的梁体材料对受力影响较大。混凝土梁体的收缩徐变作用加剧了下塔柱向的数值，梁体受弯曲效应越小、索力也越均匀。水土跨中方向受弯变形，随着跨度L的增大逐渐成为不桥等效跨度为450m。利的影响因素，钢一混叠合梁收缩徐变效应较小l_6]，高低塔固结体系斜拉桥在结构

7、布置和受力上都钢箱梁则无此效应。因此，在梁体材料上，混凝土梁是不对称的。上塔柱高度H和H的差别及布体适用于主跨在350m以下的桥梁，主跨在350～置于其上的斜拉索数量的差异，使A点总是位于500m时宜采用钢一混叠合梁，主跨大于500m时L／2和B点之问，因此低塔侧结构的边中跨比值偏宜采用钢箱梁。小，不是斜拉桥最适合比值]，在活载和温度效应等经深入比较，水土桥采用钢箱梁在经济上不合作用下，不但导致低塔侧斜拉索的索力相对较大，而理，钢一混叠合梁方案与混凝土丌形梁方案的概算且L跨需设置较大范围和集度的压重才能使梁不金额基本一致，工期上叠合梁方案节省6个月以上，被拉起而

8、脱离桥台；而对于高塔侧结