对斜拉桥总体设计参数的讨论.docx

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对斜拉桥总体设计参数的讨论

对斜拉桥总体设计参数的讨论

提要：

主梁的中边跨径比、跨高比、跨宽比、宽高比和主塔的有效跨高比是斜拉桥的总体设计参数。

本文根据已建斜拉桥资料，对其进行了统计归纳，并对总体设计参数的常用范围及结构性能的影响作了简要说明。

　　关键词：

斜拉桥，总体设计参数，主梁，主塔

　　1前言

　　从第一座现代斜拉桥Strosund桥的建成至今，斜拉桥结构经历了几十年的发展。

从最初的稀索体系到密索体系，从工地现场制索、超长节距预制索到单根防护的平行钢绞线索，从钢斜拉桥、PC斜拉桥到各种不同组合形式的混合体系斜拉桥，结构已经达到了经典时期。

斜拉桥主跨跨径从300m，500m到最大跨径的890m，并向着千米跨径冲击，形成了对悬索桥结构体系的挑战。

　　在斜拉桥的设计中，除对塔、梁、索的构造形式及尺寸的选取外，主要的总体设计参数有主梁的中边跨跨径比、跨高比、跨宽比、宽高比和主塔的有效跨高比，这些参数将直接对斜拉桥的结构性能产生影响，故有必要通过统计已建斜拉桥的设计资料，对上述参数的选用给出一总体认识。

　　2总体设计参数

　　2．1主梁的中、边跨跨径比

　　主梁的中、边跨跨径比反映了结构体系的变形特性和锚索的抗疲劳性能。

　　从图1、图2可见，三跨钢斜拉桥的中边跨跨径比较多地位于2．0～3．5之间，集中在2．5处；三跨混凝土斜拉桥的相应数值则为1．5～3．0，较集中于2．2处。

　　就一般而言，中、边跨跨径的比值大于2．0，将能控制锚索的应力幅度在一定的范围内，并提高结构体系的总体刚度。

在许多斜拉桥中，虽然中、边跨跨径的比值较小，但边跨中往往采用设置辅助墩或将主梁与引桥连接形成组合体系以提高结构刚度，适应结构的变形要求。

　　图3、图4为两跨斜拉桥的中、边跨跨径比值统计图。

图中反映的数值：

钢斜拉桥的比值为1．0～2．0，一般为1．5；混凝土斜拉桥的比值为1．0～1．7，一般为1．2。

　　2．2主梁的跨高比、跨宽比、宽高比

　　主梁的跨高比、跨宽比、宽高比分别为主梁的主跨跨径与主梁截面高度、宽度比以及主梁宽度与高度之比。

主梁的高度、宽度、截面形式决定了主梁的刚度和抗风性能。

　　早期的稀索体系斜拉桥，主梁大都为箱形截面，抗弯、抗扭刚度均较大，索跨约在20～60m左右，主粱的跨高比为40～70。

密索体系的出现，主梁的跨高比突破了100，然而较多的斜拉桥结构为单索面形式，整个结构的抗扭性能依赖于主梁的抗扭刚度，因此，在索距已缩小至10m左右时，跨高比仍在80～120左右，随着双索面斜拉桥采用结合梁和板式截面主梁，跨高比由200变至478，主梁越来越柔细，从结构性能上主梁已从受弯为主蜕化为受铀压为主，在索距为4～10m左右的情况下，跨高比为140～300左右。

　　从总体上讲，对两跨或三跨密索体系斜拉桥，主梁的跨高比一般均在100～150之间，较多的徘徊于100左右。

　　在图5～12中可见，除桁架梁外，无论是钢或混凝土、三跨或两跨斜拉桥，梁高取值一般介于1．5～4．0m之间，单索面的梁高大于双索面。

跨高比随跨径增大而相应加大，三跨体系的跨高比变化率大于两跨体系。

三跨钢斜拉桥的跨高比值较集中于40～130，两跨的相应值小于100；对混凝土斜拉桥，三跨体系的跨高比则较多在25～150之间，两跨体系的数值小于80的偏多，混凝土斜拉桥的主梁高度大于钢斜拉桥。

　　一般认为，对双索面斜拉桥，如果跨宽比小于30、宽高比大于10，就不会因风力而破坏；宽高比小于l0时，应加设风嘴；跨宽比大于30，要用A形桥塔，布置两个斜索面，以加强抗扔扭性能；或采用流线型截面；如跨宽比超过40，则须从结构布设等方面进行研究。

比如采用空间缆索体系等。

图13～图16中示出钢、混凝土斜拉桥的跨宽比、宽高比统计值。

　　2．3主跨长与主塔有效高度比

　　主塔的有效高度（即桥面以上的桥塔高度）受所选择的索面形式的影响，对同等路径的斜拉桥，一般辐射形索面的塔高较小，竖琴式的较大，而扇形索布置的主塔居中。

斜拉桥的索力和索的用钢量随塔的有效高度的增加而减少。

　　一般双塔三跨斜拉稽的主跨长与主塔有效高度比为4～4．7，两跨斜拉桥主塔跨高比为1．8倍主跨长所对应的三跨斜拉桥的相应值。

　　比较图17中主塔的跨高比可见，三跨斜拉桥的跨高比较多的在4～7之间，两跨的相应数值在1．5～4．5之间；我国斜拉桥的主塔跨高比相对取值较小，塔较高。

　　3长大跨斜拉桥总体设计参数的选用

　　表1列出了主跨跨径超过600m的已建和拟建斜拉桥的总体设计参数。

　　从表1可以看出，主粱结构多为钢结构或结合梁混合结构，主梁的中边跨跨径比为2．0～3．3，边跨长相对都取得较长，并设有辅助墩；主梁的跨高比普遍较大，由最小的l79到最大的330，主梁结构显得更加柔细；主梁的跨宽比或许受结构抗风性能的影响，仍以分别小于30、大于10的居多；主塔跨高比在4．6左右，并以倒Y形或A形塔居多。

　　4结语

　　随着结构向超大跨径的发展，标准三跨斜拉桥形式将受到考验。

斜拉—悬吊组合的迪幸格体系再次被关注，将会引起主梁中边跨跨径比值的变化。

另外，主梁的跨高比、跨宽比都有增大的趋势，如何构筑一个合理的结构形式，以提高斜拉桥的总体抗风性能是急待解决的问题。

　　参考文献

　　[1]严国敏．现代斜拉桥．成都：

西南交通大学出版社，1996

　　[2]林元培．斜拉轿．北京：

人民交通出版社，1994

　　[3]铁道部大桥工程局桥梁科学研究院．国外桥梁

　　[4]铁道部大桥工程局桥梁科学研究院．桥梁建设