天津交通职业学院 天津市 300110
摘要：本文从主梁、钢混结合段、主塔、斜拉索等方面，介绍了一座大跨独塔空间编花索面斜拉桥的设计分析，探讨了此类桥梁的受力特点，对类似桥梁设计具有较大参考价值。
关键词：独塔斜拉桥、空间编花索、桥塔、钢混结合段
1 引言
斜拉桥具有建筑高度小、跨越能力大、桥梁整体刚度大等优点，在我国大跨桥梁中被广泛采用。由于斜拉桥的桥塔、主梁、斜拉索等元素造型富于变化，使其在具有较大跨越能力的同时，又具有较好的结构曲线。在一定跨度范围内，斜拉桥的适用性、经济性、美观性达到了完美的统一。随着我国经济的发展，斜拉桥越来越多的成为城市景观桥梁的主要桥型之一。
空间编花索面斜拉桥，外形优雅美观，近年来在我国城市桥梁中应用较多。但其结构复杂，设计施工难度均较大。本文结合工程实例，对一座大跨独塔空间编花索面斜拉桥的设计进行分析，着重阐述了主梁、桥塔、斜拉索等主要受力构件的设计构思，对同类桥梁的设计具有较大的参考价值。
2 工程概况
本工程为城市跨河桥梁，河道上口宽约300m。项目位于城市核心区，地理位置非常重要，对桥梁的景观性要求较高。综合考虑桥梁景观性、经济性、施工难易程度等因素，最终确定主桥采用斜独塔空间编花索面斜拉桥方案。
全桥由主桥及东侧引桥组成，主桥长295m，引桥长35m，桥梁全长330m。主桥采用斜独塔空间编花索面斜拉桥方案，为墩、塔、梁固结体系，具体跨径布置为：40m（辅助跨）+160m（主跨）+95m（边跨）=295m；引桥采用预应力混凝土现浇箱梁结构。桥梁总体布置如下图所示：
桥梁全宽41m，横断面布置为：3.5m（人行道）+ 3.5m（非机动车道）+ 2m（分隔带）+23m（机动车道）+ 2m（分隔带）+3.5m（非机动车道）+ 3.5m（人行道）。
3 主要技术标准
根据桥梁结构特点、建设规模、使用环境条件等因素，确定桥梁设计主要技术标准如下：
道路等级：城市主干路；
设计车速：60km/h；
结构安全等级：一级；
结构重要性系数：1.1；
结构环境类别：Ⅱ类；
荷载标准：汽车荷载：城市—A级；
人群荷载：3.5kN/m2
纵坡：2.5%；横坡：车行道双向1.5%、人行道1%（向内）；
抗震设防烈度：抗震设防烈度为7度，地震动峰值加速度值为0.10g。
4 桥梁结构设计
4.1 主梁
为减轻结构自重，加快施工进度，减少主跨施工对河道行洪的影响，主梁一般位置采用钢结构。塔墩梁固结处采用混凝土梁形式，以增大结构刚度，抵抗体系的不平衡力矩，塔根处混凝土主梁全长40m，其两侧各设置3米长钢混过渡段。
钢主梁横向共设置两道钢纵梁，两道钢纵梁之间设置横梁及桥面板连成整体。横梁顺桥向间距3m，桥面板厚16mm，特殊位置根据计算局部加厚到25mm，桥面板下设置U形加劲肋。钢纵梁采用单箱双室断面，宽6m，梁高2.5m，纵梁顶板厚16mm，底板厚22mm。钢纵梁横隔板标准间距3m，中间设置一道横向加劲肋。
混凝土主梁采用变截面预应力混凝土箱梁结构，梁高2.5m~3.5m。其中与主塔相交处梁高3.5m，两侧各设置12m长渐变段。主梁全宽41~44m，采用单箱多室断面，箱梁顶板厚0.25~0.80m，底板厚0.3~0.8m，腹板厚0.5m~0.7m。主梁纵向及横向预应力均采用高强低松弛预应力钢绞线，型号为15-12、15-15，预应力管道采用塑料波纹管，真空压浆技术。
4.2 主梁钢混结合段
钢混结合段是本工程主梁设计的关键部位，其构造应传力明确、刚度过渡性好、耐久性好、抗疲劳性能好，并应力求减小应力集中。
钢主梁与混凝土主梁相接处，设置钢混结合段，长3m。结合段处钢梁腹板伸入混凝土梁段内，在混凝土两端设置20mm厚承压板，砼段主梁内的预应力钢束穿过结合段锚固于承压板上；最外侧钢梁腹板及钢梁顶、底板及承压板设置直径22mm，高15cm剪力钉，其余腹板及刚度过渡板上开Φ60mm孔，内设直径20mm钢筋，形成PBL剪力键。结合段两侧分别设置5m（混凝土梁侧）、2m（钢梁侧）刚度过渡段，其中混凝土侧刚度过渡通过截面变化实现，钢梁侧通过设置刚度过渡板实现。钢混结合通过刚度过渡段实现刚度的平顺过渡，通过混凝土主梁钢束、PBL剪力键及剪力钉实现钢梁断面与混凝土断面间内力的传递。
4.3 桥塔
主塔横断面为A字型，顺桥向向边跨侧倾斜75°，桥面以上主塔高110m。主塔为混凝土结构，根据主塔与桥面及横梁的相对位置关系，主塔沿高度方向分为下塔柱、中塔柱及上塔柱。
主塔下塔柱采用实心矩形断面，高11.5m，截面尺寸由承台处的13.6m×5.5m渐变至桥梁结构顶处10.5m×4.2m。主塔中塔柱分为两肢，均采用薄壁箱形断面，索塔竖直方向高85m，根部尺寸为10.5m×4.2m，并线性渐变至主塔汇合处，尺寸为6m×4.2m，顺桥向及横桥向壁厚均为1.2m。为改善索塔在拉索水平力作用下的受力性能，根据拉索位置在索塔内设置环形预应力钢绞线。主塔上塔柱为单肢，采用薄壁箱形截面，高度为18m。上塔柱根部截面为6m×10m渐变至塔顶5m×5m，顺桥向及横桥向壁厚均为1.0m。
在塔柱根部设置检查孔，主塔内设置爬梯，通过检查孔、爬梯形成检查通道，方便索塔内部构造的检查及维修。主塔内设有拉索张拉平台，塔顶设远期更换拉索用装置。
4.4 斜拉索
斜拉索采用环氧喷涂钢绞线成品索，标准强度1860MPa。主跨侧共设置12对斜拉索，呈扇形布置，拉索在梁上锚固点顺桥向间距为12.0m，在桥塔上锚固点竖向间距4.5m；边跨侧共设置8对斜拉索，拉索在梁上锚固点顺桥向间距为9.0m，在桥塔上锚固点竖向间距为6.5m。斜拉索两端均采用冷铸锚并在套筒内设置橡胶阻尼装置，为方便施工阶段及运营阶段索力的测量，在其中的8对拉索内设置磁通量传感器。
5 结语
独塔空间编花索面斜拉桥结构新颖、外形美观，适用于对景观要求较高的大跨度桥梁。这种桥型结构复杂，设计及施工技术难度较大，本文结合工程实例，从主梁、钢混结合段、主塔、斜拉索等方面对此类桥梁进行了设计分析，探讨了此类桥梁受力特点，对类似桥梁设计及研究具有较大的参考意义。
参考文献
[1] 范立础.桥梁工程 北京：人民交通出版社，2001.
[2] 斜拉桥手册 北京：人民交通出版社，2004.
[3] 孟凡超，刘明虎，吴伟胜 港珠澳大桥设计理念及桥梁创新技术 中国工程科学，2015年第17卷第1期.
论文作者:赵晓丽
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/1
标签：斜拉桥论文; 桥梁论文; 刚度论文; 拉索论文; 混凝土论文; 结构论文; 钢梁论文; 《建筑学研究前沿》2018年第20期论文;