大跨度混合梁斜拉桥方案设计

张俊娟 穆卓辉

(1.杨凌职业技术学院，陕西 杨凌 712100； 2.内蒙古自治区交通建设工程质量监督局，内蒙古 呼和浩特 010010)

大跨度混合梁斜拉桥方案设计

张俊娟1穆卓辉2

(1.杨凌职业技术学院，陕西 杨凌 712100； 2.内蒙古自治区交通建设工程质量监督局，内蒙古 呼和浩特 010010)

按辅助墩布置、结合部位置及塔高变化进行了4种880 m跨径混合梁斜拉桥方案的计算，分析了各种因素对880 m混合梁斜拉桥方案的影响及变化趋势，获取了大跨度混合梁计算方面的重要信息，对大跨度混合梁的工作特性有了初步的了解，为将来的详细计算提供了原始的分析数据。

斜拉桥，混合梁，辅助墩，塔高，方案

斜拉桥按加劲梁材料不同可分为钢斜拉桥、混凝土斜拉桥和钢—混凝土组合梁斜拉桥，后者又分为结合梁斜拉桥与混合梁斜拉桥[1，2]。

钢箱梁斜拉桥施工进度快，质量可靠度高，技术成熟，但钢箱梁价格较贵，后期养护量大，而且刚度差。混凝土箱梁斜拉桥技术成熟，刚度及受力性能好，在跨度小于500 m时能发挥其造价低的优势，但施工速度慢，跨越能力小。混合梁斜拉桥具有与钢主梁相同的优点，还能节约钢材用量，且其刚度及抗风稳定性均优于钢主梁。

混合梁斜拉桥加大了边跨主梁刚度和重量，从而增加了全桥整体刚度，减少了主跨变形，而且减少和避免边跨支点出现负反力。在600 m以上跨度时，混合梁斜拉桥具有经济性。自1996年汕头岩石大桥采用混合梁斜拉桥以来[3]，在我国发展迅速，徐浦大桥、苏通长江大桥等大跨径桥梁均采用混合梁斜拉桥[4]。

鉴于以上比较，结合鄂东长江大桥地质地形条件的特点，提出采用880 m混合梁斜拉桥方案。

1 总体设计

总体方案的确定涉及到地形地质、气象、通航要求、荷载标准、建筑材料、施工方法等等很多方面的考虑[5]。880 m混合梁斜拉桥方案的确定综合考虑了上述各方面的影响。下面仅针对方案的辅助跨布置、结合部布置和塔高3个方面进行进一步分析比较。

1.1 辅助跨布置

边跨架设辅助墩可以提高全桥刚度。研究显示，设1个辅助墩时塔脚弯矩可以降低到原来的40%左右，设2个辅助墩时主梁跨中弯矩可以继续降低10%左右，设3个及以上辅助墩时影响幅度较小，个别反而略有回升。已建混合梁斜拉桥辅助墩布置见表1。结合方案边跨地质地形，提出采用边跨3个辅助墩方案。

1.2 结合部位置

由于混凝土箱梁和钢箱梁刚度差别较大，连接部位容易出现应力集中、折角等构造上的弱点。因此选择合理的结合部位置是很重要的。选择结合部位置应该考虑以下几个方面：1)结合部截面位置处弯矩、剪力和轴力以及扭矩都应该比较小；2)结合部接头位置应具有良好的抗疲劳性和耐久性；3)施工方便，质量容易保证；4)锚跨长度以及结合部外形尺寸过渡比较合适。

根据已建混合梁斜拉桥结合部位置可以分为3种形式：1)结合部设置在边跨的部分梁段；2)结合部设置在塔梁相交附近；3)结合部设置在主跨。

结合上述原则，提出采用结合部设置在边跨部分梁段和结合部设置在塔梁相交附近两种情况进行比较。

1.3 桥塔高度

国内双塔斜拉桥塔跨比一般选用4 m～5.5 m，并使边索与水平线夹角控制在0.25°～25°；表1列出了国内外已建混合梁斜拉桥部分参数[4]。本桥方案采用3种塔高来进行对比。

2 结构设计

表1 国内外已建混合梁斜拉桥 m

考虑上述因素，针对880 m混合梁斜拉桥拟定了4种方案进行比较[5,6]。

1)方案1：钢混结合部位于边跨，桥面下横梁距塔顶高度约178 m。桥型方案见图1。

2)方案2：钢混结合部位于塔柱10 m处，桥面下横梁距塔顶高度约178 m。桥型方案见图2。

3)方案3：钢混结合部位于边跨，与方案1相同。桥面下横梁距塔顶高度约212 m。索距与方案1相同。

4)方案4：钢混结合部位于塔柱10 m处，与方案2 相同。桥面下横梁距塔顶高度约212 m。索距与方案2相同。

分别计算上述4种方案主要控制部位的内力、应力、位移，拉索的布置、应力幅及安全系数等[2,3]。此处仅列出方案1的计算结果，见表2～表5。

表2 承载能力极限状态下主要控制部位内力

表3 正常使用极限状态下主要控制部位应力 MPa

表4 位移 m

表5 拉索布置及计算

3 计算结果分析

针对上述4种桥型方案及计算结果，可得到如下体会：

1)塔底内力：弯矩、剪力随着塔高增加减小，塔底轴力则反之。同等趋势下，结合部设置在边跨的塔底内力比结合部设置在塔梁相交附近的塔底内力要小。

2)结合部混凝土梁内力：结合部混凝土梁弯矩随着塔高增加而增加，剪力及轴力则反之。同等趋势下，结合部设置在边跨的混凝土梁弯矩比结合部设置在塔梁相交附近的混凝土梁弯矩要小，而轴力及剪力趋势相反。

3)结合部钢箱梁内力：结合部钢箱梁弯矩及剪力随着塔高增加而增加，轴力反之。同等趋势下，结合部设置在边跨的钢箱梁弯矩比结合部设置在塔梁相交附近的钢箱梁弯矩要小，而轴力及剪力反之。

4)应力验算：塔底、结合部钢箱梁和混凝土梁最大正应力随着塔高增加而减小。同等趋势下，结合部设置在边跨方案的塔底、结合部钢箱梁最大正应力比结合部设置在塔梁相交附近方案的塔底、结合部钢箱梁最大正应力要小，而结合部混凝土梁趋势相反。

5)整体刚度：桥梁整体刚度随着塔高增加而增加。同等趋势下，结合部设置在边跨方案的桥梁整体刚度和结合部设置在塔梁相交附近方案的桥梁整体刚度基本相同。

6)拉索：桥梁拉索型号随着塔高增加可以减小。由于拉索型号改变，所以无法从应力幅值看出各方案变化趋势。

从以上分析可知，结合部位置选择不同带来了全桥受力的变化，但并未发现哪种方案具有绝对的优势或劣势。因此合理选择结合部位置应综合考虑计算结果及施工方案。随着塔高增加桥梁整体刚度增加，但塔高的增加带来索塔施工难度增加，并减小了索塔的施工稳定性，因此对索塔的高度应综合考虑各方面的影响来确定。

4 结语

利用桥梁专用软件建立了4种不同布置的880 m钢—混凝土混合梁斜拉桥方案，并对其进行了静力分析，获取了大跨度混合梁计算方面的重要信息，对大跨度混合梁的工作特性有了初步的了解。文中所收集的资料和有限元分析结果是可信的、所得到的数据具有一定的准确性，为将来的详细计算提供了原始的分析数据。

[1] 刘士林，梁智涛.斜拉桥[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2] 林元培.斜拉桥[M].北京：人民交通出版社，2004.

[3] 周孟波.斜拉桥手册[M].北京：人民交通出版社，2004.

[4] 李亚飞.混合梁斜拉桥整体与局部计算分析[D].合肥:合肥工业大学,2014.

[5] JTG D62—2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[6] JTG D60—2004，公路桥涵设计通用规范[S].

The scheme design of large span composite beam cable-stayed bridge

Zhang Junjuan1Mu Zhuohui2

(1.YanglingVocationalandTechnicalCollege,Yangling712100,China;2.TheInnerMongoliaAutonomousRegionTrafficConstructionEngineeringQualitySupervisionBureau,Hohhot010010,China)

According to the auxiliary piers layout, integration position and tower height change made four kinds of 880 m span composite beam cable-stayed bridge scheme calculation, analyzed the influence and change trend of various factors to 880 m composite beam cable-stayed bridge scheme, obtained the important information of long span composite beam calculation, had preliminary understanding to the working characteristics of large span composite beam, provided original analysis data for future detailed calculation.

cable-stayed bridge, composite beam, auxiliary pier, tower height, scheme

1009-6825(2015)28-0156-03

2015-07-29

张俊娟(1979- )，女，硕士，讲师

U448.27

A