2015年結(jié)構(gòu)師考試復習斜拉橋結(jié)構(gòu)受力重點

　　部分斜拉橋結(jié)構(gòu)受力特點及施工控制方法

　　部分斜拉橋自1988年首先由法國人提出這種結(jié)構(gòu)形式后，由于其從結(jié)構(gòu)高度、外形景觀及受力特點等方面在一定跨徑上有其獨特的競爭力，短短十幾年的時間，已在世界各國得到了迅猛發(fā)展。我國部分斜拉橋的建設(shè)開始較晚，但自上世紀90年代以來，為了適應社會及經(jīng)濟發(fā)展的需要，已經(jīng)相繼建成了多座部分斜拉橋。

　　根據(jù)有關(guān)資料文獻，國內(nèi)部分斜拉橋最大跨徑已達200m，惠青黃河公路大橋主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計為133m+220m+133m雙塔單索面部分斜拉橋，橋面寬度為20m。漳州戰(zhàn)備大橋設(shè)計為80.8m+132m+80.8m雙塔單索面部分斜拉橋，橋面寬度為27.0m。國外的預應力混凝土主梁部分斜拉橋建設(shè)也已經(jīng)有多座主跨200m以上的工程實例，橋面寬度多集中在20m左右。最近建成通車的韓國暮贏部分斜拉橋，結(jié)構(gòu)設(shè)計為多塔單索面部分斜拉橋，跨徑布置為100 m+4×165m+100m，橋面寬度為26m。

　　1 工程介紹

　　無錫市清寧大橋是清名路跨越京杭大運河的一座橋梁，工程位于無錫市南長區(qū)。其中主橋設(shè)計為雙塔單索面部分斜拉橋，跨徑布置為69m+113m+69m。主跨跨越京杭大運河，邊跨分別跨越運河西路和運河東路，橋址處河面寬度約為100m。橋梁工程布置見圖1所示。

　　清寧大橋橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計為塔、梁固結(jié)，墩、梁分離的結(jié)構(gòu)體系。主墩墩頂設(shè)支座，橫橋向每個主墩設(shè)置三個支座。主梁設(shè)計為單箱三室預應力混凝土箱梁。梁高以拋物線變化，凸現(xiàn)主梁線條的流暢、簡潔。箱梁截面兩側(cè)懸臂長為5.0m，橋面總寬度30m。橋梁主塔設(shè)計為鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)，上節(jié)段錨固區(qū)為鋼錨箱外包混凝土，下節(jié)段為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，主塔全高19.8m。

　　橋梁斜拉索設(shè)計采用313Φ7平行鋼絲斜拉索，斜拉索外設(shè)雙層PE護套。斜拉索在橋梁上呈扇形布置，全橋共10對20根斜拉索。斜拉索在主塔上的鋼錨箱內(nèi)錨固，在主梁上，斜拉索錨固于混凝土中間箱室內(nèi)，橫橋向布置在分隔帶的正中間。

　　橋梁橫斷面布置見圖2所示。

　　2 結(jié)構(gòu)受力特點

　　預應力混凝土主梁部分斜拉橋從結(jié)構(gòu)受力上講，是介于斜拉橋和連續(xù)梁之間的一種橋梁形式。其承受恒載及活載的受力體系有著自身的一些特點，主要有以下幾個方面。

　　2.1 總體受力特點

　　部分斜拉橋中，恒載是由主梁和斜拉索來共同承擔的。斜拉索的索力是人為確定的，其索力大小取決于主梁和斜拉索分擔恒載的比例大小。這不同于普通斜拉橋的索力，是根據(jù)主梁、主塔最優(yōu)內(nèi)力狀態(tài)，通過求解方程得出每根斜拉索的最優(yōu)索力值。從目前部分斜拉橋建設(shè)的工程經(jīng)驗來看，一般斜拉索承擔恒載的比例都在25%左右。對于后期使用階段的活載，由于橋梁結(jié)構(gòu)在使用過程中，要按照變形協(xié)調(diào)的原則來共同受力，因此，主梁與斜拉索的承擔比例是按照二者的剛度比例來分配的。從無錫市清寧大橋部分斜拉橋的設(shè)計經(jīng)驗來看，使用階段的活載絕大部分也是由主梁來承擔的。

　　在單索面部分斜拉橋中，斜拉索對于橋梁的橫向穩(wěn)定幾乎沒有作用。所以，在部分斜拉橋設(shè)計中，橋梁的橫向抗扭穩(wěn)定完全由主梁來承擔。

　　2.2 主梁

　　由于主梁要承擔恒載的75%左右，以及活載的大部份。因此，部分斜拉橋的主梁為了滿足結(jié)構(gòu)受力的需要，要求剛度、強度都要很大。這一點，與一般斜拉橋的主梁受力有很大的不同。

　　單索面部分斜拉橋中，結(jié)構(gòu)橫向穩(wěn)定全部由主梁承擔，主梁的抗扭能力決定了整個橋梁結(jié)構(gòu)在活載偏載工況下的響應。因此在設(shè)計中，主梁一般選用抗扭剛度較大的閉口箱形斷面，以保證橋梁的橫橋向剛度和強度。

　　斜拉索的設(shè)置，目的是想讓主梁一部分的恒載重量由斜拉索來承擔，從而減輕主梁自身承擔的恒載重量，達到降低主梁高度，提高跨越能力的目的。從主梁結(jié)構(gòu)受力的角度來看，斜拉索的索力如果能在主梁斜拉索錨固截面上均勻施加，對主梁結(jié)構(gòu)的受力最有利。但是實際上不可能達到這樣的目的，斜拉索索力在主梁錨固斷面上必須集中施加。這樣就必須考慮，如何能讓集中錨固的斜拉索索力均勻地傳遞到主梁橫橋向整個斷面上。特別是對于寬橋面單索面部分斜拉橋，這一矛盾更加突出。另外，由于斜拉索的索力通常都比較大，剛建成通車的清寧大橋部分斜拉橋的單根索力達到了1000t。在一般斜拉橋中，單根索力達到1000t的工程實例并不多見，主梁斜拉索錨固區(qū)的構(gòu)造也不同于一般斜拉橋。

　　塔梁固結(jié)、墩梁分離的部分斜拉橋中，斜拉索一端錨固在主梁上，另一端錨固在主塔上，斜拉索索力通過主塔傳遞給墩頂?shù)闹髁簷M梁上。墩頂橫梁不僅要承擔兩側(cè)腹板傳遞過來的豎向剪力，還要承擔主塔傳遞下來的很大的豎向斜拉索索力。這種橫梁的受力特點，是連續(xù)梁墩頂橫梁所沒有的。

　　2.3 主塔

　　部分斜拉橋中，主塔的高度一般是主跨的1/7~1/8，是一般斜拉橋的一半左右。斜拉索在主塔上的錨固方式有貫通式和分離式兩種。采用貫通式錨固的部分斜拉橋中，主塔斜拉索錨固區(qū)主要承受斜拉索壓力作用，類似于懸索橋主塔頂?shù)陌白芰?。在分離式錨固的部分斜拉橋中，主塔錨固要承受兩側(cè)斜拉索的對拉力作用，這與一般斜拉橋中主塔錨固區(qū)受力類似。由于部分斜拉橋主塔高度都比較小，后期使用階段的活載大部分由主梁承擔，斜拉索索力變化不大。對于主塔受力來說，活載引起的塔底彎矩不大，主塔主要承受豎向荷載，以受壓為主。

　　2.4 斜拉索

　　部分斜拉橋中，由于主梁的剛度要比普通斜拉橋中主梁剛度大得多，使用階段斜拉索與主梁承受活載比例按照二者的剛度分配，活載大部份都由主梁來承擔，斜拉索只承擔其中很小的一部分。因此，成橋后斜拉索由活載引起的索力增量很小，從已建部分斜拉橋工程實例來看，拉索的應力增幅一般小于50MPa。而普通斜拉橋中，由活載引起的拉索應力增幅一般在200MPa左右。由于拉索的應力增幅要比普通斜拉橋中的拉索的應力小得多，因此部分斜拉橋中，斜拉索的疲勞強度要比普通斜拉橋中的拉索大。普通斜拉橋中，斜拉索設(shè)計時選用的安全系數(shù)在2.5以上，而在設(shè)計部分斜拉橋斜拉索時，通常選用斜拉索的安全系數(shù)比普通斜拉橋要低，可選用最小2.0的安全系數(shù)。

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