某斜拉橋索力設計要點分析

楊星蕊

（河北省交通規劃設計院，河北 石家莊 050011）

斜拉橋的基本承載構件由梁、塔和索三部分組成。從斜拉橋構成特點可知，其由主梁、拉索、索塔及縱橫聯結系共同受力而形成空間結構體系。因此，斜拉索拉索的索力設計是斜拉橋設計的主要部分。本文以印尼某斜拉橋的索力設計為例，對應用“橋梁博士”軟件實現索力設計的要點進行探討。

1 工程實例概況

本橋主橋為雙塔雙索面預應力混凝土斜拉橋，采用塔墩固結、塔梁分離結構，在塔墩處主梁下設置支座。主橋跨度為185m＋370m＋185m，邊跨／主跨＝0.5；主塔為A型橋塔，橋面以上部分高78.9m，主塔／主跨＝0.21。主梁采用肋板式預應力混凝土結構，主梁高2.2m。

2 索力設計

本橋拉索采用雙索面形式，在主塔兩側各有17根拉索，呈扇形布置。在豎橋向橋塔上，拉索索距有1.5m和2m兩種，在順橋向主梁上的索距統一為10m。拉索與水平方向的夾角：左側為24.82°～68.15°，右側為21.598°～67.497°。該橋的斜拉索特性見表1。

表1 斜拉索特性匯總表

本橋為雙塔斜拉橋，主梁結構為梁格體系，施工方法為在塔柱兩側用掛籃對稱逐段澆筑混凝土。根據該橋的構造和施工特點，采用同濟大學編制的計算軟件“橋梁博士3.03版”建模并進行索力設計和計算（計算模型如圖1所示）。主梁、塔、墩為桿系單元，拉索為索單元。塔墩剛結，主塔處梁與墩豎、縱向鉸結，墩底固定，主梁兩端為滑動支承，全橋劃分424個節點，421個單元。

圖1 “橋梁博士”計算模型

對斜拉索由于自重垂度引起的非線性影響，根據美國公路橋梁設計規范，用修正彈性模量EMOD表征，多次迭代計算由程序自動完成：

式中：E——拉索的彈性模量，MPa；

W——拉索的總重量，N；

A——拉索的橫截面積，mm2；

H1——拉索變形前的索力水平分量；

H2——拉索變形后的索力水平分量。

由于“橋梁博士”軟件在模擬施工階段的索力調整時，在拉索的張拉階段需要輸入一個初始的索力值，所以在設計中需要對該初始索力進行估算。該索力的計算方法有多種，例如剛性支撐連續梁法、零位移法等，但由于該斜拉橋為中等跨度雙塔三跨塔梁皆對稱的斜拉橋，根據工程經驗采用了等效剛索柔梁法，即將梁的剛度減小100倍、索的剛度增大100倍的恒載作用下的索單元的軸力作為初始索力；“橋梁博士”軟件通過將主梁的彈性模量特征系數改為0.01、將索的彈性模量特征系數改為0.01來實現，并將由此方法計算得出的初始索力值作為“橋梁博士”施工階段拉索張拉的初始值。之后，用“橋梁博士”的調索模塊進行施工階段調索，將索力調到合適值，即在此索力下各施工階段及使用階段，主梁、主塔及拉索的應力都滿足印尼規范的要求，主梁及主塔的位移也較小，在合理范圍內，此索力即為設計初始索力，見表2。

表2 調索后的索力表

表2（續）

3 結語

斜拉橋的索力設計值受諸多因素影響，如邊跨與主跨之比、索塔高度、拉索傾角、斜拉索的間距等，在設計中應盡量減小拉索的應力變幅。用“橋梁博士”中的調索模塊進行索力設計，其優勢是可以在用戶改變索力值的同時看到主梁的應力變化，經過多次調試使主梁的受力狀態達到設計者想要的水平，并經過調索工具優化后得到合適的設計索力。但值得注意的是，此模塊僅為方便調索的小工具，在程序中輸入合理的初始索力才是關鍵。該初始索力因橋梁構造不同而有不同的計算方法（本文采用的是等效剛索柔梁法）。此外，使用調索模塊時，應根據合理的結構受力狀態調整索力，以得到合適的索力分布。斜拉橋全部拉索合理的索力分布對于結構整體應力狀態很重要。

[1]劉士林，梁智濤.斜拉橋[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]林元培.斜拉橋[M].北京：人民交通出版社，1994.

[3]周孟波.斜拉橋手冊[M].北京：人民交通出版社，2004.

[4]JTG/T D65—01—2007，公路斜拉橋實施細則[S].