10.1.3 总体布置及主要参数
1.主梁形式
在组合梁斜拉桥合理跨径范围内,不同断面形式组合主梁亦各有其力学及经济合理区间。可根据场地风速条件及经济性,分别选用组合钢板梁(图10.1(a))、半封闭组合箱梁(图10.1(b))、整体式组合箱梁(图10.1(c))所示。一方面应注意使钢底板的材料性能得到充分发挥,另一方面须满足颤振稳定性要求,在600 m以下跨径一般采用组合钢板梁,在800 m以上跨径一般采用扁平流线型整体式组合钢箱梁,中间桥跨范围则可采用分离式组合箱梁。当斜拉桥跨径达到千米级时,常规混凝土桥面板组合梁斜拉桥由于自重原因,经济优势将不复存在,静力稳定也将成为突出问题。目前正在发展带组合桥面板的组合梁斜拉桥新型结构,如图10.1(d)所示,将进一步拓展组合梁斜拉桥的适用跨径。
图10.1 大跨组合梁斜拉桥典型主梁断面
大跨径斜拉桥一般都采用空间双索面布置形式,为主梁提供了较强的抗扭能力,此时梁高可尽量采用较小值,以取得较大的宽高比来减少风阻和涡振。但梁高也不能过小,适当的梁高可增强斜拉桥的鲁棒性,并保证在巨大的轴向压力下的屈曲问题。对千米级组合梁斜拉桥,尤其是在场地风速较大地区,轴力及横向风作用下近塔区主梁角点应力往往为设计控制因素。此时,增加主梁宽度可显著改善主梁的受力性能。另外,结合建设条件及孔跨布置,根据配重等需要,边跨可采用混凝土梁断面。
2.桥塔形式
斜拉桥比梁式桥的跨越能力更大,是大跨度桥梁的主要桥型。索塔形式有柱形、门形、A形、倒Y形等,见图10.2。斜拉索布置有单索面、平行双索面、斜索面等。
3.辅助墩的设置
一般而言,辅助墩对于大跨斜拉桥有着不可忽视的作用,不仅可以改善成桥状态下的静力、动力性能,同时还可争取边跨提前合龙,提高最不利悬臂施工状态的风致稳定性。但是,辅助墩的设置对组合梁斜拉桥在收缩徐变影响方面有其不利的一面。以目前的建桥经验,600 m以下组合梁斜拉桥可不设置辅助墩,如希腊里翁-安提里翁桥及青州闻江大桥。分析研究表明,对600 m以上特大跨组合梁斜拉桥,设置2个辅助墩与1个辅助墩相比,在活载作用下,斜拉桥刚度提高不明显,对塔、梁受力性能的改善幅度有限,通常设置1个辅助墩即可满足要求。当然,对800 m以上组合梁斜拉桥,可根据施工方面的要求,考虑更多辅助墩的设置。
图10.2 索塔横向造型基本形式
(a)单柱式;(b)双柱式;(c)门形;(d)A形;(e)倒Y形;(f)菱形;(g)花瓶形
4.斜拉索及布置
1860 MPa扭绞型平行钢丝拉索为桥梁行业重点发展的方向,目前技术已经成熟,并已在嘉绍大桥、港珠澳大桥得到了应用。大跨径斜拉桥采用高强钢丝,可以减少拉索用量从而改善经济性能,减小斜拉索的直径从而减小风载,降低最大单索重量从而降低运输、架设难度,应积极推广使用。
对现代大跨斜拉桥而言,斜拉桥的整体刚度由拉索变形控制,结构体系的力学平衡甚至较少需要主梁及主塔的抗弯刚度。当中跨作用荷载时,力通过对应拉索传递到塔顶,然后通过锚索传递到锚墩(边墩或辅助墩),边跨内部其他拉索几乎不承受荷载。边跨作用荷载时,力通过边跨对应拉索传递到塔顶,并通过锚索索力的减小来平衡。由此可见,锚索对斜拉桥的整体刚度具有重要意义,应尽量布置于边墩及辅助墩附近,从而改善斜拉桥结构的整体力学性能。
5.塔梁约束体系
现代斜拉桥是多跨连续的柔性结构,不同的建桥条件需要不同的约束体系,以使结构的位移、静力和动力反应最佳。对特大跨径斜拉桥而言,塔梁纵向约束是一个关键问题,一般宜采用纵向弹性(阻尼)约束体系。纵向风、活载引起的塔底弯矩及梁端位移随纵向约束刚度的增加而减小,主梁收缩徐变、温度引起的塔底弯矩则随纵向约束刚度的增加而增加。应通过参数分析,使结构受力及位移响应最优。