小跨徑空間多塔斜拉橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

小跨徑空間多塔斜拉橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

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1、小跨徑空間多塔斜拉橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析楊江國楊冬云張大偉天津城建設(shè)計(jì)院有限公司摘要新三條石橋是天津市南運(yùn)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(duì)小跨徑空間多塔斜拉橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)、各部位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及總體計(jì)算作了分述,為設(shè)計(jì)同行在設(shè)計(jì)該類橋型結(jié)構(gòu)時(shí)提供一些參考。關(guān)鍵詞空間拉索多塔斜拉橋設(shè)計(jì)1工程概況新三條石橋是天津市南運(yùn)河上一座造型優(yōu)美的新橋,該橋?yàn)闄C(jī)非混行橋,設(shè)計(jì)機(jī)動(dòng)車道為雙向6車道,荷載等級(jí)為城-A級(jí)。該橋全長40m,寬39m,橋梁中心線與南運(yùn)河河道斜交,斜交角度為20

2、度?,F(xiàn)狀南運(yùn)河為天津市二級(jí)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(dú)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(gè)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(jì)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(jì)新三條石橋橋梁跨徑為40m,寬39m,橋梁與河道斜度為20

3、度,為反對(duì)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(dòng)車道)+11.25m(機(jī)動(dòng)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(dòng)車道)+3.25m(非機(jī)動(dòng)車道)+1m(邊塔拉索錨固區(qū))+3.5m(人行道)。2.1鋼

4、混組合式主梁主梁采用鋼-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(jià)、減小梁高度對(duì)通航凈空的影響,中塔柱對(duì)應(yīng)的鋼混組合主縱梁的高跨比為1/30.8,邊塔柱對(duì)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(duì)應(yīng)的鋼主縱梁高度為1.1m,寬1.0m;邊塔柱對(duì)應(yīng)

5、的鋼主縱梁高0.867m,寬1.0m。頂、底翼緣板及腹板厚度均為40mm,斜拉索吊點(diǎn)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。

6、2.2主塔全橋鋼塔柱共計(jì)有6根,兩主墩位處橫向各布置三根,分別位于橋梁設(shè)計(jì)中心線及兩側(cè)的人行道與非機(jī)動(dòng)車道之間,將行車區(qū)域劃分為2個(gè)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(diǎn)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(huì)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

7、,以增大塔柱的和剛度,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(diǎn)錨固于縱梁上,后點(diǎn)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(jì),一方面減少單個(gè)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(jì)8根,邊塔柱塔前、背索規(guī)共計(jì)16根

8、,塔間索共計(jì)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(jì)算模型橋梁總體靜力分析采用Midas6.7.1程序(計(jì)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(huì)發(fā)生變化,因此按照擬定好的主要施工工況進(jìn)行計(jì)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(jì)荷

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