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1、小跨徑空間多塔斜拉橋結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析楊江國楊冬云張大偉天津城建設(shè)計院有限公司摘要新三條石橋是天津市南運河上一座造型優(yōu)美的新橋，該橋結(jié)構(gòu)形式為小跨徑的空間多塔斜拉橋。本文對小跨徑空間多塔斜拉橋結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點、各部位結(jié)構(gòu)設(shè)計以及總體計算作了分述，為設(shè)計同行在設(shè)計該類橋型結(jié)構(gòu)時提供一些參考。關(guān)鍵詞空間拉索多塔斜拉橋設(shè)計1工程概況新三條石橋是天津市南運河上一座造型優(yōu)美的新橋，該橋為機(jī)非混行橋，設(shè)計機(jī)動車道為雙向6車道，荷載等級為城－A級。該橋全長40m，寬39m，橋梁中心線與南運河河道斜交，斜交角度為20度
2、?，F(xiàn)狀南運河為天津市二級河道，河道上口寬30m，主要功能為蓄排城市雨水、美化環(huán)境、調(diào)節(jié)氣候并維護(hù)城市生態(tài)，正常通航水位2.0m，通航凈空2.2m。該橋造型獨特，為小跨徑的空間多塔斜拉橋，橋梁主體結(jié)構(gòu)通過斜拉索及六個橋塔共同支承，斜拉體系則由塔前索、塔背索及塔間索共同組成，全橋共計32根拉索。橋面系由鋼結(jié)構(gòu)縱橫梁與鋼筋混凝土橋面板組合而成（圖1為新三條石橋效果圖、圖2為新三條石橋?qū)嵕皥D）。圖1新三條石橋效果圖圖2新三條石橋?qū)嵕皥D2結(jié)構(gòu)設(shè)計新三條石橋橋梁跨徑為40m，寬39m，橋梁與河道斜度為20度，
3、為反對稱的斜交橋。主梁由縱橫鋼梁與混凝土橋面板組合而成，斜拉體系由鋼塔柱、塔前索、塔背索及塔間索組成。橋塔與縱梁固結(jié)，人行道搭設(shè)在橫梁懸臂上，橋面鋪裝厚度為5cm中粒式瀝青混凝土和4cm細(xì)粒式瀝青混凝土。橋面橫斷面布置為3.5m（人行道）＋1m（邊塔拉索錨固區(qū)）＋3.25m（非機(jī)動車道）＋11.25m（機(jī)動車道，具體組成為3.75m+3.5m＋3.5m＋0.5m）＋1m（中塔拉索錨固區(qū)）＋11.25m（機(jī)動車道）＋3.25m（非機(jī)動車道）＋1m（邊塔拉索錨固區(qū)）＋3.5m（人行道）。2.1鋼混組合
4、式主梁主梁采用鋼－混凝土組合梁構(gòu)造，鋼主梁結(jié)構(gòu)由3根主縱梁、6根次縱梁及9道中橫梁、2道端橫梁組成縱橫梁體系，為了施工制作及現(xiàn)場拼焊的方便，所有鋼主梁均采用工字型截面，材質(zhì)為Q345qD。由于主橋與河道兩岸接口道路基本平交，為盡量減少造價、減小梁高度對通航凈空的影響，中塔柱對應(yīng)的鋼混組合主縱梁的高跨比為1/30.8，邊塔柱對應(yīng)的鋼混組合主縱梁的高跨比為1/37.5，鋼混組合式主梁剛度較弱，屬于柔性主梁，因此各斜拉索的索力負(fù)擔(dān)比較大。中塔柱對應(yīng)的鋼主縱梁高度為1.1m，寬1.0m；邊塔柱對應(yīng)的鋼主縱
5、梁高0.867m，寬1.0m。頂、底翼緣板及腹板厚度均為40mm，斜拉索吊點位置的部位采取貼板的形式進(jìn)行了局部加強(qiáng)。次縱梁鋼梁高度為0.9m,截面寬0.7m。吊桿與縱梁連接處的鋼橫梁高度為0.8m，其余橫梁截面高度為0.6m，截面寬度均為0.5m（下圖7為橋面系縱橫梁結(jié)構(gòu)圖）。圖7橋面系縱橫梁結(jié)構(gòu)圖（尺寸單位：mm）鋼筋混凝土橋面板與縱橫鋼梁結(jié)合為一體，板厚0.2m，全寬32m，由于橋梁為單跨結(jié)構(gòu)，結(jié)合現(xiàn)場施工條件，為盡量減少混凝土的收縮和徐變，橋面板設(shè)置后澆帶，采取兩步現(xiàn)澆的施工工藝。2.2主塔
6、全橋鋼塔柱共計有6根，兩主墩位處橫向各布置三根，分別位于橋梁設(shè)計中心線及兩側(cè)的人行道與非機(jī)動車道之間，將行車區(qū)域劃分為2個區(qū)域。鋼塔柱采用圓形截面形式，直徑0.6m，壁厚40mm，塔柱全高為15.024m，塔柱內(nèi)部間隔2m用環(huán)形加勁肋進(jìn)行柱體的加強(qiáng)。斜拉索上吊點位于橋面以上約12米處，塔柱的頂部錨固有3.5m的PE材料柱狀燈具。裝飾后塔的總高度為17米，塔柱高且截面剛度較弱，張拉過程中不平衡索力會使塔頂?shù)淖冃屋^大，因此成橋后在塔柱中灌注C50微膨脹混凝土，塔柱形成鋼管混凝土共同受力模式，以增大塔柱
7、的和剛度，增強(qiáng)穩(wěn)定性，減小活載下塔柱的變形。2.3空間斜拉索空間斜拉索布置分為塔前索、塔背索、塔間索，每處拉索都由兩根拉索組成（如圖8所示），拉索前點錨固于縱梁上，后點錨固于基礎(chǔ)內(nèi)。拉索均采用熱擠聚乙烯高強(qiáng)平行鋼絲束成品索，φ5mm高強(qiáng)鍍鋅平行鋼絲。上端采用叉耳式錨固構(gòu)造處理，下端采用叉耳內(nèi)旋式構(gòu)造。拉索的安全系數(shù)取2.5，斜拉索均以雙索的形式進(jìn)行設(shè)計，一方面減少單個索體的負(fù)荷、減小耳片的結(jié)構(gòu)尺寸，另一方面，也方便日后的索體更換。中塔柱塔前、背索共計8根，邊塔柱塔前、背索規(guī)共計16根，塔間索共計8
8、根。圖8斜拉索立面及斷面布置圖（尺寸單位：mm）3結(jié)構(gòu)受力分析3.1結(jié)構(gòu)靜力分析3.1.1計算模型橋梁總體靜力分析采用Midas6.7.1程序（計算模型如圖9所示）。根據(jù)有限位移理論建立三維有限元模型。主塔及主梁采用三維梁單元，斜拉索采用桁架單元模擬。由于組合梁結(jié)構(gòu)的剛度在組合前后會發(fā)生變化，因此按照擬定好的主要施工工況進(jìn)行計算。組合前一期恒載為主塔、縱橫鋼梁及混凝土濕重，二期恒載為防撞護(hù)欄及地袱、橋面鋪裝、人行道及護(hù)欄?；钶d按城－A雙向六車道布置，人群荷載集度按照《城市橋梁設(shè)計荷
