2015年结构师考试复习斜拉桥结构受力重点

　　部分斜拉桥结构受力特点及施工控制方法

　　部分斜拉桥自1988年首先由法国人提出这种结构形式后，由于其从结构高度、外形景观及受力特点等方面在一定跨径上有其独特的竞争力，短短十几年的时间，已在世界各国得到了迅猛发展。我国部分斜拉桥的建设开始较晚，但自上世纪90年代以来，为了适应社会及经济发展的需要，已经相继建成了多座部分斜拉桥。

　　根据有关资料文献，国内部分斜拉桥最大跨径已达200m，惠青黄河公路大桥主桥结构设计为133m+220m+133m双塔单索面部分斜拉桥，桥面宽度为20m。漳州战备大桥设计为80.8m+132m+80.8m双塔单索面部分斜拉桥，桥面宽度为27.0m。国外的预应力混凝土主梁部分斜拉桥建设也已经有多座主跨200m以上的工程实例，桥面宽度多集中在20m左右。最近建成通车的韩国暮赢部分斜拉桥，结构设计为多塔单索面部分斜拉桥，跨径布置为100 m+4×165m+100m，桥面宽度为26m。

　　1 工程介绍

　　无锡市清宁大桥是清名路跨越京杭大运河的一座桥梁，工程位于无锡市南长区。其中主桥设计为双塔单索面部分斜拉桥，跨径布置为69m+113m+69m。主跨跨越京杭大运河，边跨分别跨越运河西路和运河东路，桥址处河面宽度约为100m。桥梁工程布置见图1所示。

　　清宁大桥桥梁结构设计为塔、梁固结，墩、梁分离的结构体系。主墩墩顶设支座，横桥向每个主墩设置三个支座。主梁设计为单箱三室预应力混凝土箱梁。梁高以抛物线变化，凸现主梁线条的流畅、简洁。箱梁截面两侧悬臂长为5.0m，桥面总宽度30m。桥梁主塔设计为钢-混凝土组合结构，上节段锚固区为钢锚箱外包混凝土，下节段为钢筋混凝土结构，主塔全高19.8m。

　　桥梁斜拉索设计采用313Φ7平行钢丝斜拉索，斜拉索外设双层PE护套。斜拉索在桥梁上呈扇形布置，全桥共10对20根斜拉索。斜拉索在主塔上的钢锚箱内锚固，在主梁上，斜拉索锚固于混凝土中间箱室内，横桥向布置在分隔带的正中间。

　　桥梁横断面布置见图2所示。

　　2 结构受力特点

　　预应力混凝土主梁部分斜拉桥从结构受力上讲，是介于斜拉桥和连续梁之间的一种桥梁形式。其承受恒载及活载的受力体系有着自身的一些特点，主要有以下几个方面。

　　2.1 总体受力特点

　　部分斜拉桥中，恒载是由主梁和斜拉索来共同承担的。斜拉索的索力是人为确定的，其索力大小取决于主梁和斜拉索分担恒载的比例大小。这不同于普通斜拉桥的索力，是根据主梁、主塔最优内力状态，通过求解方程得出每根斜拉索的最优索力值。从目前部分斜拉桥建设的工程经验来看，一般斜拉索承担恒载的比例都在25%左右。对于后期使用阶段的活载，由于桥梁结构在使用过程中，要按照变形协调的原则来共同受力，因此，主梁与斜拉索的承担比例是按照二者的刚度比例来分配的。从无锡市清宁大桥部分斜拉桥的设计经验来看，使用阶段的活载绝大部分也是由主梁来承担的。

　　在单索面部分斜拉桥中，斜拉索对于桥梁的横向稳定几乎没有作用。所以，在部分斜拉桥设计中，桥梁的横向抗扭稳定完全由主梁来承担。

　　2.2 主梁

　　由于主梁要承担恒载的75%左右，以及活载的大部份。因此，部分斜拉桥的主梁为了满足结构受力的需要，要求刚度、强度都要很大。这一点，与一般斜拉桥的主梁受力有很大的不同。

　　单索面部分斜拉桥中，结构横向稳定全部由主梁承担，主梁的抗扭能力决定了整个桥梁结构在活载偏载工况下的响应。因此在设计中，主梁一般选用抗扭刚度较大的闭口箱形断面，以保证桥梁的横桥向刚度和强度。

　　斜拉索的设置，目的是想让主梁一部分的恒载重量由斜拉索来承担，从而减轻主梁自身承担的恒载重量，达到降低主梁高度，提高跨越能力的目的。从主梁结构受力的角度来看，斜拉索的索力如果能在主梁斜拉索锚固截面上均匀施加，对主梁结构的受力最有利。但是实际上不可能达到这样的目的，斜拉索索力在主梁锚固断面上必须集中施加。这样就必须考虑，如何能让集中锚固的斜拉索索力均匀地传递到主梁横桥向整个断面上。特别是对于宽桥面单索面部分斜拉桥，这一矛盾更加突出。另外，由于斜拉索的索力通常都比较大，刚建成通车的清宁大桥部分斜拉桥的单根索力达到了1000t。在一般斜拉桥中，单根索力达到1000t的工程实例并不多见，主梁斜拉索锚固区的构造也不同于一般斜拉桥。

　　塔梁固结、墩梁分离的部分斜拉桥中，斜拉索一端锚固在主梁上，另一端锚固在主塔上，斜拉索索力通过主塔传递给墩顶的主梁横梁上。墩顶横梁不仅要承担两侧腹板传递过来的竖向剪力，还要承担主塔传递下来的很大的竖向斜拉索索力。这种横梁的受力特点，是连续梁墩顶横梁所没有的。

　　2.3 主塔

　　部分斜拉桥中，主塔的高度一般是主跨的1/7~1/8，是一般斜拉桥的一半左右。斜拉索在主塔上的锚固方式有贯通式和分离式两种。采用贯通式锚固的部分斜拉桥中，主塔斜拉索锚固区主要承受斜拉索压力作用，类似于悬索桥主塔顶的鞍座受力。在分离式锚固的部分斜拉桥中，主塔锚固要承受两侧斜拉索的对拉力作用，这与一般斜拉桥中主塔锚固区受力类似。由于部分斜拉桥主塔高度都比较小，后期使用阶段的活载大部分由主梁承担，斜拉索索力变化不大。对于主塔受力来说，活载引起的塔底弯矩不大，主塔主要承受竖向荷载，以受压为主。

　　2.4 斜拉索

　　部分斜拉桥中，由于主梁的刚度要比普通斜拉桥中主梁刚度大得多，使用阶段斜拉索与主梁承受活载比例按照二者的刚度分配，活载大部份都由主梁来承担，斜拉索只承担其中很小的一部分。因此，成桥后斜拉索由活载引起的索力增量很小，从已建部分斜拉桥工程实例来看，拉索的应力增幅一般小于50MPa。而普通斜拉桥中，由活载引起的拉索应力增幅一般在200MPa左右。由于拉索的应力增幅要比普通斜拉桥中的拉索的应力小得多，因此部分斜拉桥中，斜拉索的疲劳强度要比普通斜拉桥中的拉索大。普通斜拉桥中，斜拉索设计时选用的安全系数在2.5以上，而在设计部分斜拉桥斜拉索时，通常选用斜拉索的安全系数比普通斜拉桥要低，可选用最小2.0的安全系数。

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