斜拉桥模型

第15卷第1期

1999年3月长 沙 交 通 学 院 学 报JOURNALOFCHANGSHACOMMUNICATIONSUNIVERSITYVol.15No.1Mar. 1999 文章编号:1000-9779(1999)01-0050-05

岳阳洞庭湖大桥三塔斜拉桥

全桥静动力模型设计

颜东煌,田仲初,陈常松,李亚非

(长沙交通学院路桥工程系,湖南长沙 410076)

摘 要:介绍了岳阳洞庭湖大桥三塔双索面PC斜拉桥全桥静动力模型的设计方法。提出了

刚度相似 的方法,有效地解决了模型与实型各部分结构弹性模量相似比不一致的模型设计

问题。

关键词:三塔斜拉桥;静动力;模型设计

中图分类号:U448.27 文献标识码:A

岳阳洞庭湖大桥主桥为130+2!310+130m三塔双索面PC斜拉桥[1,2](图1),为了满足美观的要求,该桥并没有采取空间刚性塔、塔顶对拉索或边跨辅助墩等措施来提高整体结构的刚度,因此,设计上有不少大胆的创新。为了检验设计计算的正确性,全面探讨三塔斜拉桥结构的整体性能,进行全桥模

型试验是很有意义的。

图1 桥型布置图

模型缩尺比为30 1,主梁和塔采用铸铝合金,拉索用高强弹簧钢丝(图2)

斜拉桥施工技术方案

1、主塔施工

主塔高于70米斜拉桥的主塔施工分为塔柱施工与横梁施工。主塔的塔柱施工又分为下、中、上塔柱施工，其中下塔柱采用翻模法施工直至下横梁完成，中塔柱、上塔柱均采用搭设封闭的双排脚手架法施工（上塔柱伸出塔柱混凝土面的索道管采用切断后再用螺栓连接接长的方式施工）。

下横梁采用钢管桩和贝雷架梁组成的落地支架施工，上横梁采用钢管桩支架现浇施工。其中下横梁、塔柱及0#块同步施工，上横梁与塔柱异步施工，即先施工塔柱过横梁再施工上横梁。通常下横梁采用为一次浇筑一次张拉，上横梁采用两次浇筑一次张拉。 1.1施工准备 1.1.1塔吊

主塔上配置一台160t.m塔吊，设置在主墩承台上靠便桥侧位置。

塔吊机械性能如下表

型 号 QE10100E 起升高度 起重臂长度 最大起重量 最小起重量 电机总功率 回转速度 77.2m 47m 10t 3.20t 71.5KW 0-0.7r/min 塔吊附墙架临时支撑索塔底部塔吊基础承台 塔吊图

1.1.2混凝土生产及运输

采用自建拌合楼的搅拌站负责混凝土的生产，利用1台WSL900—20型拖泵来进行混凝土的垂直运输，拖泵安装在便桥上，拖泵的主要性能如下表

名 称 水平距离 混凝土最大输送距离

斜拉桥的管理维护与维修

随着我国交通网络日趋发达，斜拉桥工程越来越多、越来越大。由于大型斜拉桥造价不菲，而且多建于干线要道，充分发挥作用和延长寿命的愿望使桥梁工作者开始加强其管理养护及维修工作，并逐渐改变以往那种“只修不管”、“重建轻养”的传统观念，对桥梁运营期间的管理养护、维修日益重视起来。许多大型斜拉桥都成立了桥梁管理养护、维修的专门机构、阻止有关的管理人员和专业技术力量从事斜拉桥的管理养护与维修，并积累了大量有关桥梁使用的宝贵材料。许多斜拉桥经过一段时间的实际使用，显示出许多显而易见的优点，但也出现一些无法预见的现象。如何发现其中的异常、寻找产生的原因和解决问题的方法，已成为斜拉桥管理养护、维修工作的重要内容。

一．斜拉桥管理养护的原则和内容

1..1斜拉桥管理养护的原则

斜拉桥管理养护的目标如下：

1）斜拉桥一旦开通，其管理养护工作就须随之开始，并应不间断地有序进行。

2）保持斜拉桥结构的各组成部分均处于健康状态，最大限度地减少或避免桥梁各组成部分损坏，一旦损坏，及时修复；保持桥梁始终安全畅通，提高通过能力，不中断行车，尽量缩短限制行车速度的时间。

3）有计划地改善斜拉桥技术状态，确保其抗自然灾害的能力。

4）在保证安全运营的同事，最大限度地实现和延

第15卷第1期

1999年3月长 沙 交 通 学 院 学 报JOURNALOFCHANGSHACOMMUNICATIONSUNIVERSITYVol.15No.1Mar. 1999 文章编号:1000-9779(1999)01-0050-05

岳阳洞庭湖大桥三塔斜拉桥

全桥静动力模型设计

颜东煌,田仲初,陈常松,李亚非

(长沙交通学院路桥工程系,湖南长沙 410076)

摘 要:介绍了岳阳洞庭湖大桥三塔双索面PC斜拉桥全桥静动力模型的设计方法。提出了

刚度相似 的方法,有效地解决了模型与实型各部分结构弹性模量相似比不一致的模型设计

问题。

关键词:三塔斜拉桥;静动力;模型设计

中图分类号:U448.27 文献标识码:A

岳阳洞庭湖大桥主桥为130+2!310+130m三塔双索面PC斜拉桥[1,2](图1),为了满足美观的要求,该桥并没有采取空间刚性塔、塔顶对拉索或边跨辅助墩等措施来提高整体结构的刚度,因此,设计上有不少大胆的创新。为了检验设计计算的正确性,全面探讨三塔斜拉桥结构的整体性能,进行全桥模

型试验是很有意义的。

图1 桥型布置图

模型缩尺比为30 1,主梁和塔采用铸铝合金,拉索用高强弹簧钢丝(图2)

斜拉桥索力优化

斜拉桥成桥内力分布好坏是衡量设计优劣的重要标准之一，理想的成桥状态当属塔、梁在恒载作用下无弯矩或只有局部有弯矩，这种状态既可以减少收缩徐变影响、方便设计，又可以充分发挥各种材料的性能。由于受到设计、施工中各种条件的限制，要求每座桥都满足零弯矩状态是不可能也不现实的，但无论怎样的斜拉桥，总能找到一组斜拉索力，它能使结构体系在恒载作用下，某种反应受力性能或用材指标的目标达到最优，求解这组索力就是斜拉桥成桥的索力优化问题。

1 斜拉桥索力优化实用方法

目前资料中可查到的索力优化方法可归结为：指定受力状态的索力优化；无约束的索力优化和有约束的索力优化三大类。 1.1 指定受力状态的索力优化

刚性支撑连续梁法是指成桥时斜拉桥主梁的恒载弯曲内力和刚性支撑连续梁的内力一致。因此，可较容易的用连续梁支撑反力来确定斜拉桥索力。 零位移法是通过索力调整使成桥状态结构在恒载作用下，索梁交点位移为零。对于满足支架上一次落架的斜拉桥体系，其结果和刚性支撑连续梁几乎一致（当轴向刚度→∞时）

这两种方法用以确定主边跨对称的斜拉桥索力是有效的，但对于主、边跨不对称时，必将在塔中引起很大的不合理弯曲内力，失去了索力优化的意义。 1.2 索力无约束

一、工程难点

本项目的难点工程为：塔柱较高,其中7#主塔高188.4米,8#主塔高183.4米;斜拉索较重最大有13.5吨；主桥采用边肋主梁，现浇段较长,达31米；最大块段8米，主梁现浇段采用牵索式前支点挂篮施工．这些各部位结构复杂，影响因素较多，要求精度高，是本工程的难点；30M梁的预制，运输和架设，属于长大构件，其横向刚度和稳定性差，须在高墩上进行架设，在施工上也有一定难度。

二、重点工程

除以上难点工程外，还有以下为重点工程：

㈠ 7#、8#主塔施工均在半山腰上，山坡很陡，上下运输不便，工程量较集中。桥两头几乎没有场地，引桥施工较困难。因此场地和便道选择上必须下力气。

㈡ 由于本项目塔高、墩高，跨度大，又位于峡谷，风和温度对施工的影响很大。它的影响包括：测量观测，临时支架的稳定设计，施工过程中的人身和结构物安全等。

㈢ 本工程业主要求创精品，所以在确保内在质量的同时应高度重视砼外观质量的控制，在人力、模型、机械配置和施工方法上同时考虑。

三、主要措施

㈠ 进点后由总工程师组织编制实施性施工组织设计，优先安排重点、难点工程施工，对前期的场地及便道必须有详细的设计。同时严格控制施工进度，尤其是主塔施工，安排好各分项工程的施工顺序。难点

矮塔斜拉桥概述

1.1 矮塔斜拉桥的定义和特点

矮塔斜拉桥为近20年来出现的一种新桥型，瑞士、日本、韩国等一些国家这几年修建了多座这种桥梁。由于它优越的结构性能，良好的经济指标，越来越显示出巨大的发展潜力。我国在这种桥型上起步稍晚，大桥，是国内第一座真正意义上的矮塔斜拉桥。对于这种桥型的称谓尚未统一。桥，初看起来象斜拉桥，是一座公路桥，日本桥梁界没有把它称为斜拉桥，而是沿用了法国工程师年提出的名称简称EPC桥。实际上屋代南、北桥与小田原港桥其结构体系非常相似，同样可以称为EPC的，也有称为1995年我国著名桥梁专家严国敏先生首次把它定义为在结构性能上，剪来承受。“型塔高较矮的特点，又把这种桥型定义为矮塔斜拉桥。矮塔斜拉桥的受力是以梁为主，之间，大约是同跨径梁式桥的特殊情况采用等截面。矮塔斜拉桥的桥塔一般采用实心截面。刚度大，一般不考虑失稳问题。中部和边孔端部的无索区段之外，度比值较之斜拉桥要大。一般斜拉桥边孔与主孔的跨度比值一般小于在0.4左右，而矮塔斜拉桥与一般连续梁力，边孔与主孔的跨度之比一般会大于为了充分利用部分的高度，塔顶索鞍的作用如同体外预应力索的转向点，动。在建成的矮塔斜拉桥中，凝土塔内，内套管套在外钢管中，头顶紧内管口，阻止内管

矮塔斜拉桥概述

1.1 矮塔斜拉桥的定义和特点

矮塔斜拉桥为近20年来出现的一种新桥型，瑞士、日本、韩国等一些国家这几年修建了多座这种桥梁。由于它优越的结构性能，良好的经济指标，越来越显示出巨大的发展潜力。我国在这种桥型上起步稍晚，大桥，是国内第一座真正意义上的矮塔斜拉桥。对于这种桥型的称谓尚未统一。桥，初看起来象斜拉桥，是一座公路桥，日本桥梁界没有把它称为斜拉桥，而是沿用了法国工程师年提出的名称简称EPC桥。实际上屋代南、北桥与小田原港桥其结构体系非常相似，同样可以称为EPC的，也有称为1995年我国著名桥梁专家严国敏先生首次把它定义为在结构性能上，剪来承受。“型塔高较矮的特点，又把这种桥型定义为矮塔斜拉桥。矮塔斜拉桥的受力是以梁为主，之间，大约是同跨径梁式桥的特殊情况采用等截面。矮塔斜拉桥的桥塔一般采用实心截面。刚度大，一般不考虑失稳问题。中部和边孔端部的无索区段之外，度比值较之斜拉桥要大。一般斜拉桥边孔与主孔的跨度比值一般小于在0.4左右，而矮塔斜拉桥与一般连续梁力，边孔与主孔的跨度之比一般会大于为了充分利用部分的高度，塔顶索鞍的作用如同体外预应力索的转向点，动。在建成的矮塔斜拉桥中，凝土塔内，内套管套在外钢管中，头顶紧内管口，阻止内管

第二章 斜拉桥的计算

第一节 结构分析计算图式

斜拉桥是高次超静定结构，常规分析可采用平面杆系有限元法，即基于小位移的直接刚度矩阵法。 有限元分析首先是建立计算模型，对整体结构划分单元和结点，形成结构离散图，研究各单元的性质，并用合适的单元模型进行模拟。

对于柔性拉索，可用拉压杆单元进行模拟，同时按后面介绍的等效弹性模量方法考虑斜索的垂度影响，对于梁和塔单元，则用梁单元进行模拟。

斜拉桥与其它超静定桥梁一样，它的最终恒载受力状态与施工过程密切相关，因此结构分析必须准确模拟和修正施工过程。

图2-1是一座斜拉桥的结构分析离散图。

图2-1斜拉桥结构分析离散图

第二节 斜拉索的垂度效应计算

一、等效弹性模量

斜拉桥的拉索一般采用柔性索，斜索在自重的作用下会产生一定的垂度，这一垂度的大小与索力有关，垂度与索力呈非线性关系。斜索张拉时，索的伸长量包括弹性伸长以及克服垂度所带来的伸长，为方便计算，可以用等效弹性模量的方法，在弹性伸长公式中计入垂度的影响。

等效弹性模量常用Ernst公式，推导如下：

如图2-2所示，q为斜索自重集度，fm为斜索跨中m的径向挠度。因索不承担弯矩，根据m处索弯矩为零的条件，得到：

T?fm?18q1l?2182ql?cos

第六章 悬索桥及斜拉桥

第一节 悬索桥及斜拉桥的分类及构造

一、悬索桥、斜拉桥的分类

（一）悬索桥

悬索桥也称吊桥，是指利用主缆和吊索作为加劲梁的悬挂体系，将桥跨所承受的荷载传递到桥塔、锚碇的桥梁。其主要结构由主缆、索塔、锚碇、吊索、加劲梁组成。

悬索桥的类型可根据悬吊跨数、主缆锚固方式及悬吊方式等方面加以划分。 1．按悬吊跨数分类

其结构形式如图6-1。其中单跨悬索桥和三跨悬索桥最为常用。

图6-1 悬吊跨数不同的悬索桥

a)单跨悬索桥；b)三跨悬索桥；c)四跨悬索桥；d)五跨悬索桥

1） 单跨悬索桥 2） 三跨悬索桥 3） 多跨悬索桥

图6-2 联袂布置的悬索桥

2．按主缆的锚固方式分类

按主缆的锚固形式划分，可分为地锚式悬索桥和自锚式悬索桥。 3．根据悬吊方式分类

1）采用竖直吊索并以钢桁架作加劲梁，如图6-4所示。

2）采用三角布置的斜吊索，并以扁平流线形钢箱梁作加劲梁，如图6-5所示。 3）混合式，即采用竖直吊索和斜吊索，流线形钢箱梁作加劲梁。如图6-6所示。

图6-4 采用竖直吊索桁式加劲梁悬索桥