关于斜张桥设计的研究

2014-12-08张春霞

中国科技纵横 2014年19期

关键词：吊索主塔跨径

张春霞

(建设综合勘察院,北京 100007)

关于斜张桥设计的研究

张春霞

(建设综合勘察院,北京 100007)

有关斜张桥设计有许多的研究与探讨,这些相关的研究构成现今斜张桥通用的设计方法,以下将简要的说明之。斜张桥的设计较其它型式的桥梁要来得复杂,所要考虑的条件及检核的项目也较多。斜张桥形态多样,自由度较大;需考虑耐风、主梁,主塔与吊索的施工方法等。

斜张桥设计研究

1 设计重点事项

1.1 调查工作

设计前必须对桥位、地形、地质、土壤、气象、水文、通航高度及宽度、交通量、载重标准、坡度、与地面交通的连接、地震强度、材料来源、施工经验、景观要求等,作全面的调查研究。

1.2 跨径及塔高

针对斜张桥最佳配置可区分为二跨及三跨连续桥梁,其主塔高度与主跨径比以及主跨与侧跨比如图1,主塔高度指桥面以上之塔高,假设主塔高度为H,侧跨径长L1,主跨径长L2。当跨径为三跨双塔配置时,塔高与主跨径比(H/L2)为1/6～1/5,主跨与侧跨比(L2/L1)为2～4(一般取2．5);当跨径为二跨单塔配置时,塔高与主跨径比(H/L2)为1/4～1/3,主跨与侧跨比(L2/L1)为1～2(一般取1．25)。

1.3 主梁

斜张桥疏索系主梁一般取1/40～1/50主跨径长度;密索系主梁主梁一般取1/15～1/18节块长度或1/100～1/200主跨径长度。主跨中央无吊索支撑长度可较其他节块长度增加20～30%。考虑横向风力稳定,桥宽与主梁深比值(B/h)一般宜大于8,最低限度不小于6;另外主跨与桥宽比(L2/B)不宜大于30。

1.4 吊索

斜张桥吊索应采单索面或双索面的配置,必须考虑到桥宽、桥塔的型式,主梁断面形状、索型及耐风稳定性等因素。因电算机及分析软件的进步改善超静定结构的问题,斜张桥吊索体系渐由疏索演变至密索体系。最佳吊索与主梁夹角为45度,合理范围为25～65度,吊索间距缩小至6～10m,最小为4．5m,密索体系索缩短弹性支承跨径,减少梁深,并能分散吊索拉力,简化端锚构造,更能配合悬臂施工法施工,以及未来更换吊索之需求。

1.5 材料型式

对于梁、塔、索的材料纪要符合需要,又要因地制宜。配合主跨径可选用预力混凝土、钢构造或复合式构造。一般主梁采钢构造时,主塔可采混凝土或钢构式;若主梁采预力混凝土材料,则主塔通常亦采混凝土构造。目前预力混凝土构造斜张桥最大跨径为530m,当主跨径长超过600m时,常选用钢构式或复合式构造。

1.6 支承体系型式

表1

支承体系型式有飘浮体系、支承体系、固接体系、钢构体系等,可先参考同类型桥梁暂定支承系统,并在初步设计时间分别比较温度与地震载重对桥塔之影响,以决定其最佳支承体系型式。

1.7 锚墩及辅助墩

斜张桥在两侧伸缩缝端需设置锚墩,以抵抗各种载重产生的上扬力,并允许锚墩顶的主梁能作水平移动。在规划阶段可不先设置辅助墩,如结构分析结果主塔应力过大,或因施工、抗风之需要,则可考虑设置辅助墩。

1.8 施工

包括场铸或预铸组装、施工设备、安装步骤等。针对工址条件提出初步可行的施工工法,主塔常用爬模工法或节块组装工法,主梁常用悬臂工法、场铸工法、推进工法、平移工法或逐一跨径法。

2 静载重

静载重包含自重及附加载重,为整个结构体所有构件重量未经更精确的分析计算(表1)。

3 活载重

公路桥梁设计活载重考虑超载及增加桥梁寿命,一般采用载重放大1．25～1．3倍;三车道载重折减90%,四车道以上折减75%;冲击载重I＝15．24／(L＋38．1),最大不超过30%。活载重沿主梁分布,依影响线计算弯矩、减力及轴力应力包络线。

1通则

在桥面或其他临时结构上之公路活载重应为“标准货车”或相当于货车行列之“车道载重”。

2HS(MS载重)如图2、3所示,为一曳引车后附挂一辆拖车,或相当之车道载重。HS(MS)载重以HA(MS)表示之,期后附一个数字,该数字即为曳引车总重之吨数。曳引车与拖车间之轴距可以变动,俾能与实际所用之拖车相符。此种可变动之间隔,能使连续结构获得更适当之载重,因两个重轴之载种可放于相邻两跨距,使之产生最大负弯距。

W:前两轴之总重

V:距力可自4．25m变至9．15m,以采能产生最大应力之距离

以HS20(MS18)货车设计木板及钢床钣桥面时不含横梁采用11000kg(108kN)之单轴载重或用每个轴重7300kg(72kN)之双轴载重相距1．20m,视何者能产生较大之应力而定,不用上图所注之14600kg(144kN)轴重。设计桥面版时,轮之中心线应假定距缘石面30cm。