斜拉桁架桥的施工实施与认识
08-22 12:25:53 浏览次数:781次 栏目：桥涵工程
标签：工程设计,
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摘 要: 斜拉桁架桥是一种新型桥型,本文结合工程实际介绍已建斜拉桁架桥的桥型与结构特点,该桥型的造型、主桁架施工及其经济合理性。 关键词:斜拉桁架 结构 造型 施工 斜拉桁架桥是在斜接桥和预应力混凝土桁架梁的基础上构思出来的,自1994年11月苏南运河(京杭运河苏南段 摘 要:斜拉桁架桥是一种新型桥型,本文结合工程实际介绍已建斜拉桁架桥的桥型与结构特点,该桥型的造型、主桁架施工及其经济合理性。关键词:斜拉桁架 结构 造型 施工 斜拉桁架桥是在斜接桥和预应力混凝土桁架梁的基础上构思出来的,自1994年11月苏南运河(京杭运河苏南段)上第一座斜拉桁架桥——横林东桥建成之后,1995年在该运河上又先后建成了4座斜拉桁架桥,即硕放大桥、新安南桥、向化一号桥、煤石桥。1987年建成的浙江长兴县的港口大桥,是同济大学设计的一座斜拉桁架试验桥。1 斜拉桁架桥的桥型与结构特点 斜拉桁架桥不仅具有斜拉桥和桁架梁受力合理的特点,还可结合连续梁、T型刚构、悬臂梁等的特点,组成几种不同的结构形式,硕放大桥称之为下承式预应力混凝土斜拉桁架连续梁(见图1),新安南桥称之为下承式预应力混凝土桁架T构(见图2),向化一号桥可称之为下承式预应力混凝土斜桁架悬臂梁(见图3)。桁架T构与斜拉桁架悬臂梁相邻的两个悬臂在跨中均可用剪力铰或跨径较小的挂梁联成一体,称之为带铰或带挂梁的桁架T主斜拉桁架悬臂梁,这两种桥型的锚跨均设拉压支座。三座桥的概况见表1。图1(单位：cm)图2(单位：cm)图3(单位：cm)表1项 目硕放大桥新安大桥向化一号桥跨径组成(m)45+70+4524.6+60+24.6228+55+228塔身高(m)106.56.0下弦杆长(m)664845.6桥面宽(m)净7净5净7纵坡(％)3.55.54.0竖曲线半径(m)175010001000下弦杆断面形式箱形T形矩形人行道有无无荷载等级汽车-20汽车-10汽车-20通航净空(m)50×7 斜拉桁架桥的主桁架主要由主塔(或竖杆)、上弦杆、下弦杆、腹杆组成。主塔为承压构件,主塔与主墩有固结和铰接之分,桁架T构属固结,斜拉桁架连续梁及斜拉桁架悬臂梁属铰接形式。腹肝均为斜杆,有拉压之分。在上弦杆与受拉腹杆内布置预应力筋,靠近主塔的一切上弦杆内力最大,预应力筋也最多;与下弦杆交汇处的节间内力最小,预应力筋相对布置的也少。所以,上弦杆预应力筋的一端均锚固在主塔节点处,另一端按各节间内力大小分别锚固在弦杆内。固端锚固方式现有两种,单根或单元构件拼装时,可用OVM锚;分片预制或现浇时,可采用现场压花锚固技术。下弦杆内力主要视横梁布置方式而定,横梁布置在节点处,则下弦杆受压;若横梁不在节点处,桥面板与下弦杆连成整体,或设有人行道,有这三种情况之一者,则下弦杆为压弯构件,弯矩不控制。下弦杆截面一般为矩形、工形、T形和箱形4种,其它杆件一般均采用矩形截面。为了增加主塔的横向刚度,在两根塔柱之间加设一根风撑。2 造型与美观 斜接桁架桥作为一种新桥型,因具有良好的比例关系及点、线、面的配合,加之阴影效果的运用,使桥型美观,故受到很多人的关注。2.1 硕放大桥的造型 硕放大桥具有良好的造型,主要体现在以下几个方面: (1)主塔往上延伸2.0ｍ,成为塔顶,并设计有塔尖——为飞机小模型和避雷针,具有装饰作用,是一个完整的“塔”的造型。主塔有一定的体量,是斜拉桁架桥的重要标志之一。 (2)塔身高与下弦杆长度间有良好的比例关系。塔高对桁架梁美观有重要影响,塔高应视下弦杆的长度而定。该桥塔高10ｍ,下弦杆长66ｍ,比例为1∶6.6。 (3)腹杆与弦杆、弦杆与主塔间断面尺寸的递增有一个量的关系。腹杆为32×48ｃｍ,上弦杆为36×70ｃｍ,下弦杆为100×120ｃｍ。主塔为100×160ｃｍ(见图1)。给人一种和谐美和有序感。 (4)栏杆高度与主塔高度虽构不成比例关系,但栏杆的高矮、通透性也会影响桥型的美观。该桥虽为混凝土栏杆,但属轻型设计,通透性好,加上飞机小饰品装饰,构思巧妙。 (5)下弦杆及主塔设计成凹凸断面,产生良好的阴影效果。倒角的运用,风撑镂空,使构件不再显得呆板、沉重。桁架杆件的内夹角做成圆弧形,不但能减少应力集中,而且也很美观。2.2 其它桥的造型缺陷 (1)塔顶的延伸高度不够,并且载塔尖或小饰品给人一种残缺感。某些斜拉桁架桥,塔身体量较小,www.gong66.com为满足预应力筋的布置要求,上节点设计得较大,象戴了个“帽子”。塔高与下弦杆长度比例不合适,新安南桥为1∶7.4,向化一号桥为1∶7.6，塔身可再高些。 (2)不设人行道的斜拉桁架桥,下弦杆宜采用阴影效果好的工形或T形断面，不宜采用矩形或箱形断面。 (3)竖曲线半径太小时,产生较大的拱高,从而影响了桥的造型。笔者认为,斜拉桁架桥的竖曲线半径不宜小于1800ｍ。 (4)栏杆太高通透性不好。宜采用造型简洁、通透性好的钢结构或钢筋混凝土结构栏杆。安装在护轮带上的栏杆,其高度应从路面算起,不宜过高,以采用钢结构护栏为好。3 主桁架施工3.1 悬拼与浇注相结合 无锡段三座斜拉桁架桥主桁架采用的是悬臂拼装、有支架拼装和有支架浇注相结合的施工方案。大浮吊工作半径内的主孔和边孔构件用悬臂拼装法,岸上边孔构件部分为有支架浇注或拼装,部分用汽车吊悬拼。3.2 悬拼形式 根据设备条件、起重能力,主桁架除主塔外,悬臂拼装可分成单根、单元、桁架片三种构件形式。3.2.1 单根杆悬拼 (1)吊装带上节点的受压腹杆; (2)吊装上弦杆,穿束张拉; (3)吊装带下节点的下弦杆,下弦杆置于挂篮上; (4)吊装受拉腹杆,穿束张拉,接着安装横梁和桥面桥。重复以上步骤。3.2.2 单元构件悬拼 (1)吊装带上节点、上弦杆和受压腹杆的单元构件,穿束张拉上弦杆; (2)吊装带下节点、下弦杆和受拉腹杆的单元构件,穿束张拉受拉腹杆,接着安装横梁和桥面桥。重复以上步骤。3.2.3 桁架片悬拼 穿束—腹杆张拉—起模装船运至桥位—吊装—张拉上弦杆通长束—安装靠近主塔的一根受压腹杆,接着安装横梁和桥面板，工序十分简单。 笔者以同一种斜拉桁架桥,用这三种构件主孔悬拼工艺流程对比,结果表明: (1)单根杆件悬拼,对设备起重能力的要求低,但工艺复杂、施工周期长，线形不易控制，拼装接头多。 (2)桁架片悬拼恰与单根杆件悬拼的优缺点相反。 (3)单元构件悬拼的优缺点介于上述两者之间。4 经济指标比较 斜拉桁架桥与系杆拱桥、箱形连续梁桥或T型刚构相比,均能减少建筑高度,从而能降低线路标高以改善纵坡,并能减少引道土方工程量及挡墙圬工量。系杆拱桥的经济指标优于箱形连续梁,斜拉桁架桥又比系杆拱桥施工方案选择余地大,可以采用简便、快速的悬臂拼装法,经济指标也较优。斜拉桁架桥和系杆拱桥经济指标比较见表2。表2项 目下承式斜拉桁架梁(硕放大桥)下承式系杆拱(洛社大桥)桥 长(m)70+2×45+2×20＝20070+6×20＝190数量混凝土(m3)2471.922904.25普通钢筋(t)234.68252.35预应力筋(t)30.4119.57指标混凝土(m3/m)12.5615.286普通钢筋(t/m)1.1731.328预应力筋(t/m)0.1530.103 注：桥面宽净7m，汽车-20，挂车-100。5 结束语 (1)斜拉桁架桥应有一个合适的塔高。加大塔高不仅能提高全桥刚度,也能使上弦杆的应力降低,使受力更趋合理。但塔太高会增加主塔设计和施工的难度,太低又会影响上弦杆的效率,也影响美观。 (2)斜拉桁架的上弦杆本质上就是单对刚性拉索,它能约束主梁(下梁杆)的线位移和转动,腹杆则进一步起到了约束作用,并且梁体用腹杆吊住,使梁体内弯矩减少,具有加劲功能,同时也降低了主梁的建筑高度。 (3)带铰桁架T构,加上锚跨设置的拉压支座,是一种安全可靠的桥型。采用带铰或带挂梁的斜拉桁架悬臂梁,拉压支座的设计应更慎重些。 (4)带铰的斜桁架桥,铰的工艺复杂,维修不易,而带挂梁的斜拉桁架桥,挠度曲线有转折点,二者均有对行车不利的弊端。笔者倾向于采用斜拉桁架连续梁。 (5)斜拉桁架桥具有建筑高度小、自重轻、经济合理、施工方案选择余地大等优点。只要在塔高和节间长度方面作优化设计,研究它的造型,对结构形式进行筛选,提高机械化施工水平,相信这种桥型会有更大的发展前途，斜拉桁架桥的施工实施与认识
摘 要: 斜拉桁架桥是一种新型桥型,本文结合工程实际介绍已建斜拉桁架桥的桥型与结构特点,该桥型的造型、主桁架施工及其经济合理性。 关键词:斜拉桁架 结构 造型 施工 斜拉桁架桥是在斜接桥和预应力混凝土桁架梁的基础上构思出来的,自1994年11月苏南运河(京杭运河苏南段 摘 要:斜拉桁架桥是一种新型桥型,本文结合工程实际介绍已建斜拉桁架桥的桥型与结构特点,该桥型的造型、主桁架施工及其经济合理性。关键词:斜拉桁架 结构 造型 施工 斜拉桁架桥是在斜接桥和预应力混凝土桁架梁的基础上构思出来的,自1994年11月苏南运河(京杭运河苏南段)上第一座斜拉桁架桥——横林东桥建成之后,1995年在该运河上又先后建成了4座斜拉桁架桥,即硕放大桥、新安南桥、向化一号桥、煤石桥。1987年建成的浙江长兴县的港口大桥,是同济大学设计的一座斜拉桁架试验桥。1 斜拉桁架桥的桥型与结构特点 斜拉桁架桥不仅具有斜拉桥和桁架梁受力合理的特点,还可结合连续梁、T型刚构、悬臂梁等的特点,组成几种不同的结构形式,硕放大桥称之为下承式预应力混凝土斜拉桁架连续梁(见图1),新安南桥称之为下承式预应力混凝土桁架T构(见图2),向化一号桥可称之为下承式预应力混凝土斜桁架悬臂梁(见图3)。桁架T构与斜拉桁架悬臂梁相邻的两个悬臂在跨中均可用剪力铰或跨径较小的挂梁联成一体,称之为带铰或带挂梁的桁架T主斜拉桁架悬臂梁,这两种桥型的锚跨均设拉压支座。三座桥的概况见表1。图1(单位：cm)图2(单位：cm)图3(单位：cm)表1项 目硕放大桥新安大桥向化一号桥跨径组成(m)45+70+4524.6+60+24.6228+55+228塔身高(m)106.56.0下弦杆长(m)664845.6桥面宽(m)净7净5净7纵坡(％)3.55.54.0竖曲线半径(m)175010001000下弦杆断面形式箱形T形矩形人行道有无无荷载等级汽车-20汽车-10汽车-20通航净空(m)50×7 斜拉桁架桥的主桁架主要由主塔(或竖杆)、上弦杆、下弦杆、腹杆组成。主塔为承压构件,主塔与主墩有固结和铰接之分,桁架T构属固结,斜拉桁架连续梁及斜拉桁架悬臂梁属铰接形式。腹肝均为斜杆,有拉压之分。在上弦杆与受拉腹杆内布置预应力筋,靠近主塔的一切上弦杆内力最大,预应力筋也最多;与下弦杆交汇处的节间内力最小,预应力筋相对布置的也少。所以,上弦杆预应力筋的一端均锚固在主塔节点处,另一端按各节间内力大小分别锚固在弦杆内。固端锚固方式现有两种,单根或单元构件拼装时,可用OVM锚;分片预制或现浇时,可采用现场压花锚固技术。下弦杆内力主要视横梁布置方式而定,横梁布置在节点处,则下弦杆受压;若横梁不在节点处,桥面板与下弦杆连成整体,或设有人行道,有这三种情况之一者,则下弦杆为压弯构件,弯矩不控制。下弦杆截面一般为矩形、工形、T形和箱形4种,其它杆件一般均采用矩形截面。为了增加主塔的横向刚度,在两根塔柱之间加设一根风撑。2 造型与美观 斜接桁架桥作为一种新桥型,因具有良好的比例关系及点、线、面的配合,加之阴影效果的运用,使桥型美观,故受到很多人的关注。2.1 硕放大桥的造型 硕放大桥具有良好的造型,主要体现在以下几个方面: (1)主塔往上延伸2.0ｍ,成为塔顶,并设计有塔尖——为飞机小模型和避雷针,具有装饰作用,是一个完整的“塔”的造型。主塔有一定的体量,是斜拉桁架桥的重要标志之一。 (2)塔身高与下弦杆长度间有良好的比例关系。塔高对桁架梁美观有重要影响,塔高应视下弦杆的长度而定。该桥塔高10ｍ,下弦杆长66ｍ,比例为1∶6.6。 (3)腹杆与弦杆、弦杆与主塔间断面尺寸的递增有一个量的关系。腹杆为32×48ｃｍ,上弦杆为36×70ｃｍ,下弦杆为100×120ｃｍ。主塔为100×160ｃｍ(见图1)。给人一种和谐美和有序感。 (4)栏杆高度与主塔高度虽构不成比例关系,但栏杆的高矮、通透性也会影响桥型的美观。该桥虽为混凝土栏杆,但属轻型设计,通透性好,加上飞机小饰品装饰,构思巧妙。 (5)下弦杆及主塔设计成凹凸断面,产生良好的阴影效果。倒角的运用,风撑镂空,使构件不再显得呆板、沉重。桁架杆件的内夹角做成圆弧形,不但能减少应力集中,而且也很美观。2.2 其它桥的造型缺陷 (1)塔顶的延伸高度不够,并且载塔尖或小饰品给人一种残缺感。某些斜拉桁架桥,塔身体量较小,www.gong66.com为满足预应力筋的布置要求,上节点设计得较大,象戴了个“帽子”。塔高与下弦杆长度比例不合适,新安南桥为1∶7.4,向化一号桥为1∶7.6，塔身可再高些。 (2)不设人行道的斜拉桁架桥,下弦杆宜采用阴影效果好的工形或T形断面，不宜采用矩形或箱形断面。 (3)竖曲线半径太小时,产生较大的拱高,从而影响了桥的造型。笔者认为,斜拉桁架桥的竖曲线半径不宜小于1800ｍ。 (4)栏杆太高通透性不好。宜采用造型简洁、通透性好的钢结构或钢筋混凝土结构栏杆。安装在护轮带上的栏杆,其高度应从路面算起,不宜过高,以采用钢结构护栏为好。3 主桁架施工3.1 悬拼与浇注相结合 无锡段三座斜拉桁架桥主桁架采用的是悬臂拼装、有支架拼装和有支架浇注相结合的施工方案。大浮吊工作半径内的主孔和边孔构件用悬臂拼装法,岸上边孔构件部分为有支架浇注或拼装,部分用汽车吊悬拼。3.2 悬拼形式 根据设备条件、起重能力,主桁架除主塔外,悬臂拼装可分成单根、单元、桁架片三种构件形式。3.2.1 单根杆悬拼 (1)吊装带上节点的受压腹杆; (2)吊装上弦杆,穿束张拉; (3)吊装带下节点的下弦杆,下弦杆置于挂篮上; (4)吊装受拉腹杆,穿束张拉,接着安装横梁和桥面桥。重复以上步骤。3.2.2 单元构件悬拼 (1)吊装带上节点、上弦杆和受压腹杆的单元构件,穿束张拉上弦杆; (2)吊装带下节点、下弦杆和受拉腹杆的单元构件,穿束张拉受拉腹杆,接着安装横梁和桥面桥。重复以上步骤。3.2.3 桁架片悬拼 穿束—腹杆张拉—起模装船运至桥位—吊装—张拉上弦杆通长束—安装靠近主塔的一根受压腹杆,接着安装横梁和桥面板，工序十分简单。 笔者以同一种斜拉桁架桥,用这三种构件主孔悬拼工艺流程对比,结果表明: (1)单根杆件悬拼,对设备起重能力的要求低,但工艺复杂、施工周期长，线形不易控制，拼装接头多。 (2)桁架片悬拼恰与单根杆件悬拼的优缺点相反。 (3)单元构件悬拼的优缺点介于上述两者之间。4 经济指标比较 斜拉桁架桥与系杆拱桥、箱形连续梁桥或T型刚构相比,均能减少建筑高度,从而能降低线路标高以改善纵坡,并能减少引道土方工程量及挡墙圬工量。系杆拱桥的经济指标优于箱形连续梁,斜拉桁架桥又比系杆拱桥施工方案选择余地大,可以采用简便、快速的悬臂拼装法,经济指标也较优。斜拉桁架桥和系杆拱桥经济指标比较见表2。表2项 目下承式斜拉桁架梁(硕放大桥)下承式系杆拱(洛社大桥)桥 长(m)70+2×45+2×20＝20070+6×20＝190数量混凝土(m3)2471.922904.25普通钢筋(t)234.68252.35预应力筋(t)30.4119.57指标混凝土(m3/m)12.5615.286普通钢筋(t/m)1.1731.328预应力筋(t/m)0.1530.103 注：桥面宽净7m，汽车-20，挂车-100。5 结束语 (1)斜拉桁架桥应有一个合适的塔高。加大塔高不仅能提高全桥刚度,也能使上弦杆的应力降低,使受力更趋合理。但塔太高会增加主塔设计和施工的难度,太低又会影响上弦杆的效率,也影响美观。 (2)斜拉桁架的上弦杆本质上就是单对刚性拉索,它能约束主梁(下梁杆)的线位移和转动,腹杆则进一步起到了约束作用,并且梁体用腹杆吊住,使梁体内弯矩减少,具有加劲功能,同时也降低了主梁的建筑高度。 (3)带铰桁架T构,加上锚跨设置的拉压支座,是一种安全可靠的桥型。采用带铰或带挂梁的斜拉桁架悬臂梁,拉压支座的设计应更慎重些。 (4)带铰的斜桁架桥,铰的工艺复杂,维修不易,而带挂梁的斜拉桁架桥,挠度曲线有转折点,二者均有对行车不利的弊端。笔者倾向于采用斜拉桁架连续梁。 (5)斜拉桁架桥具有建筑高度小、自重轻、经济合理、施工方案选择余地大等优点。只要在塔高和节间长度方面作优化设计,研究它的造型,对结构形式进行筛选,提高机械化施工水平,相信这种桥型会有更大的发展前途，斜拉桁架桥的施工实施与认识
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