理论教育 福州长门特大桥:首创倾斜塔梁墩固结体系的跨度混合梁斜拉桥

福州长门特大桥:首创倾斜塔梁墩固结体系的跨度混合梁斜拉桥

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:斜拉桥在桥塔处及墩处的支撑形式对主梁的受力行为以及结构的使用性能影响较大。福州长门特大桥是目前世界第二长、中国最长、采用“塔梁墩”固结体系的跨径混合梁斜拉桥,是中国近海大跨度斜拉桥该结构体系的首次尝试,对沿海地区斜拉桥抗风设计有着突破性的意义。这种塔身倾斜,采用塔、墩、梁固结的体系,居国内同型桥梁首创。

福州长门特大桥:首创倾斜塔梁墩固结体系的跨度混合梁斜拉桥

斜拉桥在桥塔处及墩处的支撑形式对主梁的受力行为以及结构的使用性能影响较大。斜拉桥按照主梁、拉索、索塔和桥墩结合方式的不同分为漂浮体系、半漂浮体系、塔梁固结体系和刚构体系4 种结构体系,按照拉索的锚拉体系的不同分为自锚式斜拉桥、地锚式斜拉桥和部分地锚式斜拉桥。

1. 由主梁、拉索、索塔和桥墩的不同结合方式形成的四种体系

(1)漂浮体系。

塔墩固结、塔梁分离——漂浮体系[图8.1.26(a)],即主梁除两端有支承外,其余部件全部用缆索吊起而在纵向可稍作浮动的一根具有多点弹性支承的单跨梁体系,是斜拉桥采用较多的结构体系。漂浮体系的主要优点是:满载时,塔柱处主梁不出现负弯矩峰值,温度及混凝土收缩、徐变内力均较小。在密索情况下,主梁各截面的变形和内力的变化较平缓,受力较均匀。地震时允许全梁纵向摆动,从而起到抗震消能的作用。因此,地震烈度较高地区应优先考虑选择这种体系。中铁大桥局承建的世界上跨度最大的全漂浮体系斜拉桥——武汉青山长江大桥就采用了这种体系。

(2)半漂浮体系。

塔墩固结、塔梁分离、在塔墩处主梁下设置竖向支承——半漂浮体系[图8.1.26(b)],即在跨内形成具有多点弹性支承的连续梁或悬臂梁。半漂浮体系的主梁内力在塔墩支承处出现负弯矩峰值,通常需加强支承区段的主梁截面,其温度及混凝土收缩、徐变内力也较大。由此可见,这种体系不比悬浮体系有优越性。

但是,如果在墩顶设置可调节高度的支座或弹簧支承来代替从塔柱中心悬吊下来的拉索(一般称为0 号拉索),并在成桥时调整支座反力,以消除大部分收缩、徐变等不利影响,这样与漂浮体系相比,无论在经济上还是在美观上都优于漂浮体系。此时,主梁通过支座支承在桥墩上。

(3)塔梁固结体系。

塔梁固结、塔墩分离——塔梁固结体系[图8.1.26(c)]是将塔梁固结并支承在桥墩上,这时主梁相当于顶面用拉索加强的一根连续梁或悬臂梁。主梁和塔柱内的内力和挠度直接与主梁和塔柱的弯曲刚度比值相关。塔梁固结体系的主要优点是取消了承受很大弯矩的梁下塔柱部分,而以一般桥墩代之,使塔柱和主梁的温度内力极小,并可显著减少主梁中央段承受的轴向拉力。这种体系常用于小跨径的斜拉桥。塔柱和主梁固结,主梁通过支座支承在桥墩上,因此需解决大吨位支座问题。

(4)刚构体系。

塔柱、主梁和柱墩相互固结——刚构体系[图8.1.26(d)],其主梁成为在跨中有多点支承的刚构。这种体系的刚度较大,主梁和塔柱的挠度均较小,不需要大吨位支座,最适合用悬臂法施工。但刚构体系动力性能差,温度应力极大,因此该体系用于地震区或风荷载较大的地区时,应认真进行动力分析研究。而且在固结处主梁负弯矩极大,此区段主梁截面必须加大。刚构体系一般比较适合于独塔双跨式斜拉桥。福州长门特大桥是目前世界第二长、中国最长、采用“塔梁墩”固结体系的跨径混合梁斜拉桥,是中国近海大跨度斜拉桥该结构体系的首次尝试,对沿海地区斜拉桥抗风设计有着突破性的意义。

图8.1.26 斜拉桥结构体系(www.daowen.com)

2. 由拉索锚拉体系的不同形成的三种体系

(1)自锚式斜拉桥。

自锚式斜拉桥(图8.1.27)的桥塔前侧拉索分散锚固在主梁梁体上,塔后侧的拉索除了最后的锚固在主梁端支点处以外,其余的拉索都分散锚固在边跨主梁上或将一部分拉索集中锚固在端支点附近的主梁上。自锚体系的水平分力由主梁的轴力来平衡。自锚体系中锚固在端支点处的拉索索力最大,一般需要较大的截面,并且它对塔顶的变位起重要作用,是最重要的一根拉索,被称为端锚索或背索。

图8.1.27 自锚式斜拉桥

(2)地锚式斜拉桥。

单跨式斜拉桥一般采用地锚式(图8.1.28),这时全桥只需一个索塔。由于不存在边跨问题,塔后拉索只能采用地锚形式,这时,由拉索的水平分力引起的梁内水平轴力必须由相应的下部结构即地貌来承担。贵州遵义芙蓉江大桥为亚洲首座地锚式单塔斜塔混凝土斜拉桥,与其他塔身垂直于地面的大桥不同的是,芙蓉江大桥的塔身是倒Y 形钢筋混凝土斜塔,倾向地锚箱侧,而且倾斜角达到了18.4°。下塔分两肢,在承台平面上,两塔肢中心距为18 m,两肢轴线在距承台55 m 高程处相交。这种塔身倾斜,采用塔、墩、梁固结的体系,居国内同型桥梁首创。

图8.1.28 地锚式斜拉桥

(3)部分地锚式斜拉桥。

由于某种原因,边跨相对于主跨很小时,可以将边跨部分拉索锚固在主梁上,而部分拉索布置成地锚式。部分地锚式体系斜拉桥桥塔两侧拉索的不平衡水平分力直接由边跨主梁传递给地锚。

目前国内外建成的斜拉桥绝大部分都采用自锚体系。这种体系主梁处于完全受压状态,对抗压能力高、抗拉性能差的混凝土主梁而言,相当于施加了一定预应力,既能充分发挥高强材料的特性,又提高了梁的抗裂性,对混凝土斜拉桥很是有利。而地锚式斜拉桥对抗拉能力较高的钢主梁较为有利,但不适合于混凝土主梁。部分地锚式斜拉桥主梁材料用量省,随着跨径的增大,上部结构材料用量的节省,有可能抵消下部结构地锚材料的额外增加量,从而具有一定的竞争力。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈