懸索斜拉組合橋設(shè)計要點探討

【摘要】結(jié)合某實際設(shè)計橋梁對懸索斜拉組合橋設(shè)計要點進(jìn)行探討，詳細(xì)介紹了靜力計算、拉索設(shè)計、主纜設(shè)計三個方面的內(nèi)容，為類似橋梁設(shè)計提供參考。本文通過采用ansys有限元軟件對該橋梁進(jìn)行內(nèi)力驗算，并將相應(yīng)結(jié)果進(jìn)行理論驗證分析，根據(jù)相關(guān)資料及規(guī)范，得出一些有用的結(jié)論，并指導(dǎo)實際工程，進(jìn)行廣泛推廣。

【關(guān)鍵詞】懸索斜拉組合；主纜；拉索；內(nèi)力；實用

1 前言

懸索橋是指以主纜受拉為主要承重形式的橋梁結(jié)構(gòu)。斜拉橋是以斜拉索受拉為主要承重形式的橋梁結(jié)構(gòu)。在我國大跨度橋梁中，多采用懸索橋和斜拉橋的結(jié)構(gòu)形式。在橋梁設(shè)計時，當(dāng)需要橋梁跨度在600m及以上時，總是首選懸索橋或斜拉橋的經(jīng)典橋型。其原因是，以高強鋼絲作為主要承拉結(jié)構(gòu)的懸索橋具有跨越能力大、受力合理、最能發(fā)揮材料強度和造價經(jīng)濟(jì)等特點，同時還以其整體造型流暢美觀和施工安全快捷等優(yōu)勢而倍受推崇。我國是懸索橋的發(fā)源地，古代懸索橋的修建比歐洲早1000多年。現(xiàn)代懸索橋建設(shè)以高速公路為契機，揭開了新的歷史篇章。

2 工程概況

本橋設(shè)計采用主橋66m+63m+152m+63m+66m懸索斜拉組合體系橋型。邊跨斜拉部分對稱布置均為66米，跨中部分斜拉和懸索組合，斜拉部分對稱布置跨徑為63米、懸索部分為跨中152m，斜拉索布置間距為6米，懸索部分間距為10米，懸索和斜拉結(jié)合段11米為無索區(qū)。中跨定位290米，其中斜拉部分為66米+63米，懸索部分152米，邊跨斜拉跨徑66米。此跨徑布置時根據(jù)已成橋的例子布置即最終跨徑布置為66m+63m+152m+63m+66m，具體布置如圖1.1。

本橋采用鋼箱主梁，主梁高度3米，沿橋縱向沒變化，只在橫向有橫坡最低處只有2.6米，主要是減輕主梁自重，橫向設(shè)立了橫隔板，縱向設(shè)立了加勁肋和隔板，增加主梁的剛度。橫隔板設(shè)置在有吊桿或者斜拉索處，厚度為0.15米，縱向的2米一個，厚度為0.15米。主塔采用變截面形式（8 2m-4 2m）。橋面下部才用向外斜，到橋面上才向內(nèi)斜，到拉索區(qū)時采用豎直的實體變截面形式，材料用C60混泥土，見圖1.1。基礎(chǔ)由18根D=2.00米的樁組成，樁長63米和58米，采用等間距布置，承臺由兩部分組成，最下面是4米厚的矩形截面構(gòu)成，上部是一個3米厚的契型。

3 模型靜力計算

拉索和吊桿的初拉力采用主梁和索塔變位控制調(diào)整，使主梁模擬為多支點彈性的連續(xù)梁且內(nèi)力分布均勻。本文的計算原理是：將每段簡化成簡支梁，計算出其重量按照均分的原則，計算出每根斜拉索和吊桿所受的拉力。

采用ansys有限元軟件建立模型計算，對計算結(jié)果進(jìn)行分析研究，得出一些具有實際指導(dǎo)意義的結(jié)論。

3.1主梁計算結(jié)果

4 拉索設(shè)計

拉索索力按照剛性支撐連續(xù)梁法來確定其初拉力，在拉索截面的計算中，將一定拉索力范圍的拉索用同樣的截面形式，拉索的索力由MIDAS用倒裝法計算所得，具體模型與第2節(jié)一致，并且在此范圍內(nèi)的拉索只用其中的最大索力進(jìn)行拉索截面的控制。索力的最大值出現(xiàn)在承載極限狀態(tài)中，故計算拉索截面的索力取于該組合，在拉索的兩端，由于自重的影響，索力發(fā)生了變化，取拉索靠近索塔的一組吊桿和斜拉索交接的兩組進(jìn)行計算，即為拉索的J端，拉索截面的索力都小于6000kN，所以選取的斜拉索直徑為124mm，設(shè)計索力值5116kN，公稱破壞值12790kN。

5 主纜設(shè)計

5.1主纜矢跨比的選擇

懸索橋主纜的矢跨比直接影響懸索橋的整體剛度，選擇較小的矢跨比有利于提高全橋的剛度，但是相應(yīng)增大主纜的拉力，從而有可能使得同一荷載下的主纜面積需相應(yīng)增大。大跨徑的懸索橋矢跨比多在1/9～1/11左右，本橋跨徑不是太大，在300米以內(nèi)，所以選擇的矢跨比較大一點0.12。這樣可以適當(dāng)減小主纜的直徑，荷載作用上去所受的內(nèi)力也會相應(yīng)減小，達(dá)到經(jīng)濟(jì)的目的。

5.2主纜面積的確定

在主纜的最大應(yīng)力不確定的條件下，一般懸索橋主纜的面積選擇可以參照已建懸索橋的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。在無經(jīng)驗可以借鑒時，主纜的面積擬定可以按一下步驟進(jìn)行：

（1）、首先確定主纜所需承受外荷載，外荷載為除去主纜之外的恒載與活載；

（2）、根據(jù)主纜所需承受的外荷載總重、主纜效率系數(shù)來初擬主纜截面面積；

（3）、以上述初擬主纜面積為依據(jù)，計算懸索橋最不利荷載組合狀態(tài)下主纜應(yīng)力；

初期懸索橋的安全系數(shù)一般在3～4之間，隨著材料強度的提高、設(shè)計理論和施工工藝的進(jìn)步，現(xiàn)代懸索橋主纜的安全系數(shù)得到降低，安全系數(shù)一般在2.5左右，而主纜承受的外荷載系數(shù)由一定的提高，效率系數(shù)一般在0.7～0.8之間。

6 結(jié)語

本文從靜力計算、主纜設(shè)計、斜拉索設(shè)計三個方面通過設(shè)計計算介紹了懸索斜拉組合橋設(shè)計中的一些要點。

通過對相關(guān)數(shù)據(jù)的分析研究，得出一些相應(yīng)結(jié)論：

（1）懸索斜拉組合體系在大跨度橋梁中，受力明確，體系簡單，經(jīng)濟(jì)節(jié)約且施工技術(shù)成熟，可在實際工程中廣泛采用。

（2）計算結(jié)果可看出，斜拉部分拉索應(yīng)力最大不超過6000MP，懸索主纜最大應(yīng)力不超過2500MP，現(xiàn)今材料的承載能力遠(yuǎn)超過這個值，可得出，此種體系在材料采用方面較易實施，可方便施工單位的實際操作。

（3）組合體系在受力方面較易進(jìn)行缺陷互補，在設(shè)計時有較大發(fā)揮空間，在大跨度選型時可優(yōu)先考慮。

7.參考文獻(xiàn)

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作者簡介：何開云，男，貴州遵義，大學(xué)本科，1982年3月，助理工程師，遵義市道路橋梁工程有限責(zé)任公司。