某斜拉桥索力设计要点分析

杨星蕊

（河北省交通规划设计院，河北 石家庄 050011）

斜拉桥的基本承载构件由梁、塔和索三部分组成。从斜拉桥构成特点可知，其由主梁、拉索、索塔及纵横联结系共同受力而形成空间结构体系。因此，斜拉索拉索的索力设计是斜拉桥设计的主要部分。本文以印尼某斜拉桥的索力设计为例，对应用“桥梁博士”软件实现索力设计的要点进行探讨。

1 工程实例概况

本桥主桥为双塔双索面预应力混凝土斜拉桥，采用塔墩固结、塔梁分离结构，在塔墩处主梁下设置支座。主桥跨度为185m＋370m＋185m，边跨／主跨＝0.5；主塔为A型桥塔，桥面以上部分高78.9m，主塔／主跨＝0.21。主梁采用肋板式预应力混凝土结构，主梁高2.2m。

2 索力设计

本桥拉索采用双索面形式，在主塔两侧各有17根拉索，呈扇形布置。在竖桥向桥塔上，拉索索距有1.5m和2m两种，在顺桥向主梁上的索距统一为10m。拉索与水平方向的夹角：左侧为24.82°～68.15°，右侧为21.598°～67.497°。该桥的斜拉索特性见表1。

表1 斜拉索特性汇总表

本桥为双塔斜拉桥，主梁结构为梁格体系，施工方法为在塔柱两侧用挂篮对称逐段浇筑混凝土。根据该桥的构造和施工特点，采用同济大学编制的计算软件“桥梁博士3.03版”建模并进行索力设计和计算（计算模型如图1所示）。主梁、塔、墩为杆系单元，拉索为索单元。塔墩刚结，主塔处梁与墩竖、纵向铰结，墩底固定，主梁两端为滑动支承，全桥划分424个节点，421个单元。

图1 “桥梁博士”计算模型

对斜拉索由于自重垂度引起的非线性影响，根据美国公路桥梁设计规范，用修正弹性模量EMOD表征，多次迭代计算由程序自动完成：

式中：E——拉索的弹性模量，MPa；

W——拉索的总重量，N；

A——拉索的横截面积，mm2；

H1——拉索变形前的索力水平分量；

H2——拉索变形后的索力水平分量。

由于“桥梁博士”软件在模拟施工阶段的索力调整时，在拉索的张拉阶段需要输入一个初始的索力值，所以在设计中需要对该初始索力进行估算。该索力的计算方法有多种，例如刚性支撑连续梁法、零位移法等，但由于该斜拉桥为中等跨度双塔三跨塔梁皆对称的斜拉桥，根据工程经验采用了等效刚索柔梁法，即将梁的刚度减小100倍、索的刚度增大100倍的恒载作用下的索单元的轴力作为初始索力；“桥梁博士”软件通过将主梁的弹性模量特征系数改为0.01、将索的弹性模量特征系数改为0.01来实现，并将由此方法计算得出的初始索力值作为“桥梁博士”施工阶段拉索张拉的初始值。之后，用“桥梁博士”的调索模块进行施工阶段调索，将索力调到合适值，即在此索力下各施工阶段及使用阶段，主梁、主塔及拉索的应力都满足印尼规范的要求，主梁及主塔的位移也较小，在合理范围内，此索力即为设计初始索力，见表2。

表2 调索后的索力表

表2（续）

3 结语

斜拉桥的索力设计值受诸多因素影响，如边跨与主跨之比、索塔高度、拉索倾角、斜拉索的间距等，在设计中应尽量减小拉索的应力变幅。用“桥梁博士”中的调索模块进行索力设计，其优势是可以在用户改变索力值的同时看到主梁的应力变化，经过多次调试使主梁的受力状态达到设计者想要的水平，并经过调索工具优化后得到合适的设计索力。但值得注意的是，此模块仅为方便调索的小工具，在程序中输入合理的初始索力才是关键。该初始索力因桥梁构造不同而有不同的计算方法（本文采用的是等效刚索柔梁法）。此外，使用调索模块时，应根据合理的结构受力状态调整索力，以得到合适的索力分布。斜拉桥全部拉索合理的索力分布对于结构整体应力状态很重要。

[1]刘士林，梁智涛.斜拉桥[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]林元培.斜拉桥[M].北京：人民交通出版社，1994.

[3]周孟波.斜拉桥手册[M].北京：人民交通出版社，2004.

[4]JTG/T D65—01—2007，公路斜拉桥实施细则[S].