矮塔斜拉桥塔高优化

矮塔斜拉桥塔跨比的优化研究

文章编号：１６７３－６０５２（２０２０）０４－００３４－０４ＤＯＩ：１０．１５９９６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｂｆｊｔ．２０２０．０４．００９矮塔斜拉桥塔跨比的优化研究曹发源（中铁第四勘察设计院集团有限公司　武汉市　４３００００）摘　要：矮塔斜拉桥作为近几年一种新型的桥梁，它是在连续梁桥及常规斜拉桥的基础上逐步建立起来，其受力特性较好，目前得到广泛的运用。

主要研究了在仅改变桥塔无索区高度的前提下，运用弯曲能量法对所有塔高模型进行成桥索力优化，并以塔高与主跨径之比为自变量，选取目标函数为因变量，运用数值分析软件进行曲线拟合，得到在此综合条件下塔高变化后的全桥受力特点及最优塔高。

结果表明：桥塔高度的降低是以拉索索力的增大为代价的，本桥中塔高每降低５．５％，索力平均值增大约５％左右；综合塔梁固结处主梁弯矩、塔底弯矩、塔梁固结处主梁应力、塔底应力、拉索索量五种较为敏感的目标函数，得到该桥的最优塔跨比为０．１３８（约为１／７．２）。

关键词：矮塔斜拉桥；弯曲能量法；塔高与主跨径之比；数值分析中图分类号：Ｕ４４８．２７文献标识码：Ａ矮塔斜拉桥也称作部分斜拉桥，其受力性能兼顾了连续梁的“刚”和斜拉桥的“柔”，严国敏以日本几座桥梁的构造为例，从桥塔的构造特点、穿索方法、边孔与主孔的跨度比、梁体高跨比及斜拉索中应力变动的幅度与受力特性来说明部分斜拉桥与斜拉桥的基本区别［１］；田源等通过从是否计入斜拉桥几何非线性影响的角度分别介绍合理成桥状态下斜拉桥索力优化采用的基本方法，对各种优缺点做了比较系统的总结和评述［２］；潘家升等通过考虑施工阶段和使用阶段主塔塔根无索区高度对主梁受力的影响，提出合理的主塔塔根无索区高度设计建议［３］；宋传中通过对主梁混凝土密度、斜拉索索力等结构设计参数对矮塔斜拉桥进行敏感性分析，得出主梁混凝土密度、预应力损失、拉索索力对其影响较大［４］；玉海珑等以某三跨双索面矮塔斜拉桥的结构设计优化方案为例，对梁高、塔高等主要参数进行分析，得到矮塔斜拉桥塔高控制在跨径的０１～０．１４之间比较合理［５］。

矮塔斜拉桥受力性能优化

０．１４时，桥梁整体受力性能比较合理。
关键词：矮塔斜拉桥；受力性能；高跨比；塔跨比；无索区长度
中图分类号：Ｕ４４８．２７文献标志码：Ａ文章编号：１００９ — ７７１６（２０１５）０８ — 质，并据此提出能综合反映矮塔斜拉桥结构及受力特征的参数—— “ 矮塔斜拉桥特征参数 ” ；用“ 斜拉索荷载效应影响度 ” 与“ 矮塔斜拉桥特征参数” 的相关性定量描述矮塔斜拉桥的特点，对进一步认识矮塔斜拉桥的结构性能有一定的参考意义ｆ７Ｉ。
型的主要设计难点，并对梁高及塔高等主要结构参数进行了分析，在此基础上进一步给出了合理的主梁高跨比和塔跨比。结果表明：当跨中和支点处主梁高跨比分别处于Ｏ．０１７～Ｏ．０２１和Ｏ．０２６ — ０．０３４时，主梁刚度可得到充分利用；当塔跨比为０．１Ｏ～
２３０科技研究
城市道桥与防洪
２０１５年８月第８期
矮塔斜拉桥受力性能优化
玉海珑，郑长海
（天津城建设计院有限公司，天津市３００１２１）摘要：为分析和论证矮塔斜拉桥的最优静力性能参数，以某三跨双索面矮塔斜拉桥的结构设计优化方案为例，总结了该种桥
应，引入 “ 斜拉索荷载效应影响度 ” 的概念定量分
∑（１／）（１／

惠青黄河大桥塔高优化分析

惠青黄河大桥塔高优化分析摘要：针对矮塔斜拉桥的结构特性，在索力影响矩阵的基础上，以斜拉索初张力为目标，研究塔高变化对主梁产生的影响，证实塔高优化的必要性。

关键词：矮塔斜拉桥；优化；影响矩阵；塔高；结构体系矮塔斜拉桥亦称部分斜拉桥，是近十几年才发展起来的一种新型桥梁结构，它兼有斜拉桥和连续梁桥双重结构特点，结构有诸多优点，在100～300 m跨径范围内具有很强的竞争力，是一种很具发展潜力的桥型结构[1]。

塔高是斜拉桥整体高度的控制因素，实际工程中，人们往往基于施工难度、降低造价及景观要求对塔高有一定的限制[2]。

矮塔斜拉桥是以梁的受弯、受压和索的受拉来承受竖向荷载，其斜拉索从受力特征上讲更接近一般PC梁桥的体外索[3]。

这一特性，使通过调整斜拉索初张力优化塔高成为可能。

1、分析模型的建立本文以惠青黄河公路大桥为基础模型进行分析。

该桥跨径布置为(133+220+133)m，桥长486m，桥面全宽20m，采用塔墩梁固结的结构形式。

主梁采用单箱三室变高度箱形截面，主墩墩顶处梁高为7.5m，跨中处及过渡墩墩顶处梁高3.5m，梁底曲线按二次抛物线变化。

主塔采用实心矩形截面，顺桥向4.5m，横桥向宽2.3m，塔高30m[2]。

桥梁整体有限元模型如图1所示：图1惠青黄河公路大桥有限元模型2优化模型的建立2.1 优化目标函数设{x }为斜拉索初张拉力列阵; {P }为斜拉索索力列阵; {M }为主梁各单元杆端弯矩列阵, {D }为主梁各节点位移列阵。

在不增加斜拉索总面积和基本不改变配索量的前提下，对矮塔斜拉桥塔高进行优化，就是要找出一组初张力，使结构在确定性荷载作用下目标函数达到最小。

以初张力的乘积平方之和为目标函数：其中，xi为斜拉索初张力2.2 优化约束条件(1) 斜拉索索力的约束条件设斜拉索的容许索力为{Pmax}，于是:{ PD} + [ AP]{ x} ≤{ Pmax}(2) 位移、弯矩约束条件位移约束可表示为:{ Dmin}≤{ DD} + [ AD ]{ x} ≤{ Dmax}式中{ Dmax} 、{ Dmin}分别为控制截面的位移上、下极限值。

矮塔斜拉桥的设计及发展的探讨

矮塔斜拉桥的设计及发展的探讨摘要：本文对矮塔斜拉桥的设计进行阐述，主要讲了矮塔斜拉桥的总体布置及适用跨径、矮塔斜拉桥的结构体系、矮塔斜拉桥设计分析方法、矮塔斜拉桥的发展概况，以供参考。

关键词：矮塔斜拉桥设计探讨Abstract: in this paper the design of short towers cable-stayed bridge, expounds the main told the short towers cable-stayed bridge of the overall layout and the suitable span length, short of towers cable-stayed bridge structure system, short towers cable-stayed bridge design analysis method, the short towers cable-stayed bridge, the development situation of reference.Keywords: short towers cable-stayed bridge design is discussed一矮塔斜拉桥的设计分析矮塔斜拉桥的总体布置及适用跨径根据国内外目前已建矮塔斜拉桥跨径比例分析，由于矮塔斜拉桥刚度比斜拉桥大，接近于连续梁，其边、中跨比值常采用0.52~0.65。

在特殊情况下，边、中跨比值亦可小于0.5，这时，边跨需采取措施，解决负反力问题。

矮塔斜拉桥由于其主梁要承受相当大的弯矩，主梁截面形式与斜拉桥有很大不同，而更接近于连续梁。

一般情况下，大部分连续梁采用的截面形式都能适用于矮塔斜拉桥，但矮塔斜拉桥更适宜采用变高度截面。

其塔墩处梁高可采用相同跨度连续梁高的一半左右。

在特殊情况下，主梁亦可采用等高度，此时梁高与跨度之比可采用1/35~1/45。

浅谈矮塔斜拉桥的优缺点

浅谈矮塔斜拉桥的优缺点
周仕青
摘要：矮塔斜拉桥在１９８０年问世以来，广泛得到国内外的学者和设计者的青睐。本文首先回顾了矮塔斜拉桥的发展，介绍了其结构力学性质，分析了矮塔斜拉桥的优缺点，提出了矮塔斜拉桥继续发展的要点。
关键词：矮塔斜拉桥；结构特点；优缺点；发展要点
反，日本专家却对矮塔斜拉桥进行了深入研究，并认为其在经济、技术
可作进一步优化提高，在景观方面也独树一帜。１９９４年，小田原刚桥
的建成标志着现代矮塔斜拉桥的正式诞生，其桥面宽１３．Ｏｍ，跨径布
置为（７４＋１２２＋７４）ｍ，双塔双索面，塔、梁、墩固结，拉锁通过塔
（１）［２］刘岚，译．外加预应力量ＰＣ桥的规划与设计［Ｊ］．国外桥梁，
１９９３（４）．
作者简介：周仕青（１９８９一），男，汉，四川巴中平昌，硕士，重庆交通大学，研究方向：道路与桥梁。
对施工方来讲，矮塔斜拉桥施工相对简便：矮塔斜拉桥的施工方法与连续梁桥基本相同，可采用悬浇法施工。施工中不必进行斜拉索二次索力调整。并且矮塔斜拉桥桥塔较矮，桥塔施工也没有斜拉桥桥塔施工复杂。
另外，矮塔斜拉桥在外观方面也极具美观效果，克服了连续梁主梁高度过大带来的视觉压迫感以及桥梁上、下部结构不协调的弊端。当然在经济上，矮塔斜拉桥相对普通斜拉桥更具有优势，具有可观的经济效益。
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矮塔斜拉桥索力优化计算方法

矮塔斜拉桥索力优化计算方法摘要：在斜拉桥索力优化方法的基础上，结合矮塔斜拉桥结构受力的特点，将最优化理论应用到矮塔斜拉桥索力计算中，建立了矮塔斜拉桥索力优化模型，并在四川泸州茜草长江大桥设计中进行索力优化分析，得出了一些具有一定参考价值的结论。

关键词：矮塔斜拉桥；影响矩阵；索力优化矮塔斜拉桥是近些年来在斜拉桥基础上发展起来的一种新型桥梁结构形式，就结构特性而言，矮塔斜拉桥是介于连续梁桥与斜拉桥之间的一种新桥型。

矮塔斜拉桥的总体特点是：塔矮、梁刚、索集中[1][2]；主要通过主梁受弯承受大部分竖向荷载，斜拉索竖向分力承担剩余的竖向荷载，同时其水平分力对主梁起加劲作用，达到改善主梁性能的目的。

斜拉索索力对矮塔斜拉桥的结构性能至关重要，因此进行斜拉索索力优化是必要的。

矮塔斜拉桥斜拉索初张力优化就是要找出一组初张力,使结构在确定性荷载作用下某种反应受力性能的目标函数达到最小。

1 优化模型的建立1.1索力调整的影响矩阵取斜拉索的初张拉力为变量，以各斜拉索的单位初张力分别作用于无应力状态的全桥模型，得到对主梁各单元内力的影响值而组成影响矩阵[3]。

设：斜拉索初始张拉力列阵为；斜拉索索力列阵为；结构各单元杆端弯矩列阵为，、分别为第i号单元左、右端弯矩；，、分别为第i号单元左、右端轴力；则：（1）式中：、、为恒载作用下索力列阵和结构各单元杆端的弯矩、轴力列阵。

其中：，、分别为第i号单元左、右端恒载弯矩；，、分别为第i号单元左、右端恒载轴力；、、索力影响矩阵和各单元杆端弯矩轴力影响矩阵。

1.2优化目标有约束的最小能量法的优化目标可选结构的弯曲和拉压应变能，该函数为：（2）假定各梁塔单元均为等截面，单元的弹性模量不变，则上式简化为：（3）式中：、为单元左、右端弯矩；、为单元左、右端轴力；、、、、分别为单元的弹性模量、截面惯性矩、截面积、单元的长度梁塔单元总数。

将（3）式用矩阵形式表示为：（4）；；式中：b、c分别为单元柔度对单元弯矩、单元轴力的加权系数组成的系数矩阵：, ; ,,1.3无约束索力优化的线性方程解要使索力调整后结构应变能最小，令（5）式中：n为调整索数。

矮塔斜拉桥优缺点探析

要构造进行优缺点分析。
［关键词］矮塔斜拉桥；结构特征；桥型结构［中图分类号］Ｕ４４８．２７［文献标志码］Ｂ
．［文章编号］１００１ — ５２３Ｘ（２０１６）１２ — ０１２３ — ０２
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅｌｏｗｔｏｗｅｒｃａｂｌｅ・ｓｔａｙｅｄｂｉｒｄｇｅｉｓａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｂｒｉｄｇｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｂｉｒｄｇｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｅｔｗｅｅｎｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅ
ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｂｒｉｄｇｅａｎｄｏｒｄｉｎａｒｙｃａｂｌｅ — ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅ．Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｉｔｓｅｆｆｅｃｔｉｎｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｃａｎｂｅｓｅｅｎ，ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｌｏｗｔｏｗｅｒｃａｂｌｅ — ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅｃｏＭＰａｒｅｄｔｏｔｈｅｔｗｏｂｏｔｈｍｏｒｅｏｂｖｉｏｕｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｌｏｗｔｏｗｅｒｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅａｒｅｅｘｐｏｕｎｄｅｄ，ａｎｄｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｂｒｉｄｇｅ－ｔｐｅቤተ መጻሕፍቲ ባይዱｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍａｉｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．

矮塔斜拉桥拉索和温度对桥面高程的影响

矮塔斜拉桥拉索和温度对桥面高程的影响摘要矮塔斜拉桥在施工过程中，随着桥面施工块段越多，也就是桥梁施工块段离主墩越远，拉索的时候索力和温度对桥面高程的影响也就越大。

索力会随着桥梁的静置和温度的降低使桥面产生高程向上升高，温度升高的时候桥面高程会下降，同一天温度最高和最低温度的温差在10℃左右时，最低温度的高程比最高温度的高程高三公分左右。

张拉桥面的索力以后桥面的各种材料的堆载如果过多会造成桥面高程的降低和索力的增大。

关键词：矮塔斜拉桥；高程；索力；温度。

目录1、前言 (7)2、矮塔斜拉桥的优缺点 (10)3、拉索对桥梁的影响 (13)4、温度对索力和桥梁的影响 (15)5 结果分析与结论 (17)致谢 (17)1、前言随着科技的进步、工业的发展以及人口的快速增长，人们对出行交通的要求也随之增加，尤其在过去的一个世纪内，出行交通的增长量数据惊人，随着人类科技水平的提高各国的基建水平也随之有了质的飞跃，人们的道路在满足出行的基本要求的同时，也会更加注重安全、美观和绿化等附属工程。

其中桥梁的施工安全一直都是道路施工中最重视施工安全的一个重要项目，在近年来桥梁施工除了对安全的要求以外，对桥梁外观的要求也更加多样化，在市政、铁路、水利和公路施工中桥梁的修建样式越来越多，各种异形桥梁的出现不仅增添了城市和各种道路的风景甚至有很多著名的桥梁成为城市的地标性建筑物，同时也代表着桥梁施工的技术正在飞速的进步。

目前在各种城市的在建桥梁中矮塔斜拉桥占着很大的比重，大部分城市都会在有小跨径的桥梁设计上选择矮塔斜拉桥。

2、矮塔斜拉桥的优缺点斜拉桥的优点是：梁体尺寸较小，桥梁的跨越能力较大；受桥下净空和桥面标高的限制少；抗风稳定性比悬索桥好；不需悬索桥那样的集中锚碇构造；便于悬臂施工等。

不足之处是，它是多次超静定结构，设计计算复杂；索与梁或塔的连接构造比较复杂；施工中高空作业较多，且施工控制等技术要求严格。

美学景观特征：矮塔斜拉桥主梁高度是连续梁的1/2左右，具有纤细、柔美的美学效果，克服了连续梁桥主梁高度过大带来的压迫感和桥梁上、下部结构不协调的弊端。

浅谈桥梁工程中无背索斜拉桥索力优化

浅谈桥梁工程中无背索斜拉桥索力优化摘要：本文作者结合自己多年的实际工作经验，结合某桥主桥工程实例，介绍了无背索斜拉桥主塔混凝土浇筑及斜拉索张拉方案的一种优化方法，并就相关问题提出了自己的看法和意见，仅供参考。

关键词：桥梁；斜拉桥；索力；优化Abstract: in this paper the author, based on his years of practical experience, the combined with a main bridge engineering examples, this paper describes the main tower is cable stayed back concrete pouring and stay-cables zhang pulled a scheme optimization method, and the related problems with it views and opinions, is only for reference.Keywords: bridge; Cable-stayed bridge; Cable force; optimization斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。

常规的斜拉桥在桥塔两侧均有斜拉索，恒载作用下塔两侧斜拉索水平力可保持平衡，主塔仅在活载及附加荷载作用下承受一定的水平力及矩弯，而与常规斜拉桥不同，无背索斜拉桥仅有单侧索，桥塔的受力表现为在斜拉索索力及自身重力的作用下的悬索梁。

无背索斜拉桥是对常规斜拉桥造型的突破，无背索后倾的塔身形状表现出对相对纤细的桥面强大稳固支撑的力量感，给人醒目深刻的感受。

为了确保主塔处于良好的受力状态，无背索斜拉桥的塔身一般都设计成倾斜的，依靠塔身的自身重力矩来平衡斜拉索的倾覆力矩，因此组成了梁塔结构的平衡体系。

桥梁工程中矮塔斜拉桥的施工技术

桥梁工程中矮塔斜拉桥的施工技术摘要：联系某大桥主桥矮塔斜拉桥项目的具体情况，并且结合我国矮塔斜拉桥的具体案例，分析矮塔斜拉桥的受力特性与建设过程中的重要工艺，希望能够为类似工程的建设提供参考。

关键词：矮塔斜拉桥；斜拉索；防腐；施工控制；关键技术1矮塔斜拉桥特点因为矮塔斜拉桥架构自身的特性，主梁作业方式相较于连续梁并没有很大差异。

相较于传统斜拉桥而言，矮塔斜拉桥的优势包括：拉索塔塔高相对较小，作业简便；中途斗拉索应力并不会产生很大的变化，能够使得拉索高强钢筋建材的性能充分体现出来；梁体具备相对较大的刚度，作业过程与合拢之后，并不用调节索力[1]。

2工程概况某大桥主桥架构是三塔四跨矮塔斜拉桥，跨径是72m+120m+120m+72m，左右桥塔位置、中间桥塔位置分别是梁塔固结、梁塔墩固结，将支座安设在桥墩位置。

关键性的特性就是运用了满堂支架现浇的方式，斜拉索选择OVM 200环氧涂层的高强无粘结平行钢绞线。

因为矮塔斜拉桥的优势显著，可以预见，今后会愈来愈普及，并且跨度同样会不断增大。

3矮塔斜拉桥施工关键技术3.1斜拉索病害原因矮塔斜拉桥拉索通常会选择平行钢绞线，并且架构和以往的斜拉桥拉索、悬索桥、拱桥吊杆并没有很大的差异。

就全世界的桥梁架构来说，中索结构在防治矮塔斜拉桥拉索病害这个问题上有很大的优势。

因为设计、作业技术、施工方式等方面的问题，全世界外斜拉桥拉索在实际在投入运用的寿命缩短，比如M araCaibo桥在运用16年时间之后，进行换索施工，成本投入5000万美元，施工总时长达到2年；而Kohlbrand Estuary桥投入运用3年时间之后就进行换索施工，成本投入6000万美元；我国某桥拉索投入运用9年时间之后，因为拉索PE出现严重的护套老化、钢丝锈蚀、断裂的问题，因此所有的拉索都要换新。

导致斜拉桥拉索病害出现的原因包括:（1）在拉索挂设施工时，并未妥善保障拉索PE护套的稳定性与安全性，这就使得拉索护套在实际挂设拉索过程中出现刮伤、刻痕等问题，进而使得拉索PE护套使用寿命缩短。