组合斜拉桥简介及其结构特点分析

２００２年增刊广东公路交通ＧｕａｌｌｇＤＯｌｌｇｃ∞ｇＩｊｌＪｉ日岫总第７６期文章编号：１６７ｌ一７６１９（２００２）增刊一０Ｑ５２一０３组合斜拉桥简介及其结构特点分析苗德山１（１．广东省交通集团有限公司．广州５１０１叭孙向东２２．广东省公路勘察规划设计院。

广州５ｌＱ５昕）摘要：利用斜拉桥自身构件的各种变化，可以派生出众多优美的结构形式，并达到与环境的完美结合。

组合斜拉桥跨越能力强，应用广泛，桥型美观。

简要介绍了其类型并分析了各桥型的结构受力特点。

关键词：组舍斜拉桥桥掣结构分析中图分类号：ｔＭ８．刀“文献标识码：ｃ１引言随着结构分析技术、高强材料及先进施工工艺的发展，斜拉桥凭其自身的特点在太跨径桥梁领域成为了一种竞争能力极强的桥型。

虽然现代斜拉桥只有短短的几十年历史，却在实际工程中展现了勃勃生机。

利用斜拉桥自身构件的各种变化可以派生出众多优美的结构形式，并达到与环境的完美结合。

斜拉桥的上部结构由梁、索、塔三类构件组成，因上述三者一般不是同一种材料，故从整体上看斜拉桥本身就是一种组合结构。

对于任何桥型来说跨度的推进始终是其发展的主题，而斜拉桥在自身的发展过程中，其粱、索、塔在结构形式、材料组成及协作方式等方面均发生了众多演化，其中以粱所派生出的形式最多，影响也最大。

斜拉桥的主梁在空间不同的部位可以分别采用不同材料，通常是钢材和混凝土，此类斜拉桥与钢斜拉桥和混凝土斜拉桥相比，可称之为组合斜拉桥。

２组合斜拉桥分类２．１竖向组合斜拉桥竖向组合斜拉桥，是指在钢格构或钢梁上铺设钢筋混凝土或预应力混凝土行车道，这也就是通常所说的叠合梁斜拉桥（图１）。

此类斜拉桥的代表有加拿大的Ａ１１Ｉｌａｃｉｓ桥、中国上海的南浦及杨浦大桥等。

囤１血ｍａｄｓ桥的叠台粱断面２．２纵向组合斜拉桥纵向组合斜拉桥一般是由边跨混凝土主粱与主跨钢粱在纵向加以连接组成．也就是通常所说的混合粱斜拉桥。

此类斜拉桥的代表有法国的·５２Ｎ０Ⅱｌｌａｌｌｄｖ桥和日本的生口桥等。

图２所示为Ｎ０㈣ｄｙ大桥的纵向布置情况，图中显示边跨混凝土粱进人中跨１１６ｍ后与中跨钢主梁相接，从而减少钢主梁长度，降低造价。

圈２Ｎ０ｍｗｄｖ桥的纵向布置２００２年增刊苗德山孙向东组合斜拉桥简介及其结构特点分析总第７６期２．３水平组合斜拉桥水平组合斜拉桥一般由混凝土边主粱、钢横隔梁及混凝土桥面板组成，典型截面形式如图３。

此类斜拉桥的代表有美国的№血鲫桥和葡萄牙的阿桥等。

混凝土桥面板图３水平组合斜拉桥横向布置３各类组合斜拉桥结构分析特点３．１竖向组合斜拉桥竖向组合斜拉桥除了具有钢主粱相同的优缺点外，能节省钢材用量且其刚度和抗风稳定性均优于钢主梁。

３．１．１结构体系叠合梁结构体系的选择与跨径关系最大，通常为避免桥面板受过大的负弯矩所引起的混凝土过大的拉应力，对大跨径一般多采用漂浮体系，而不采用在近塔处会产生较大的负弯矩的其它体系。

同时，现代大跨径的竖向组合斜拉桥几乎都采用密索布置，这有利于施工和降低粱高。

在索面形式上多采用扇形索面，使拉索可集中锚于塔上，减小主塔弯矩。

３．１．２叠舍梁截面中混凝土板与钢粱之间的连接叠合梁结构的最大特性，就是钢和混凝土两种材料组成的结构共同承受荷载，并充分发挥各自的材料特性。

为了保证叠合梁在各种荷载下保持正常的工作状态，要求叠合梁在截面内变形协调，特别是在两种材料界面处的变形协调。

并使内力根据两种材料的截面以一定比例分配。

如上海杨浦大桥中，箱形钢主粱承受全部轴力的２５％，而混凝土桥面板承受着全部轴向力的７５％。

混凝土桥面板与钢结构（主梁、横梁及纵梁）之间的稳固连接是两者共同受力的关键，而两者之间的连接主要靠抗剪连接构件，一般采用带头的栓钉。

这些钢结构和混凝土板之间的抗剪连接，通常在桥梁伸臂架设阶段承受最大荷载。

此时由于剪力滞影响限制了连接缝附近的桥面板有效宽度，而这个有效截面在早期必须负担在伸臂架设下一个梁体节段时，自重产生的非常大的局部弯矩。

同时剪切连接要求简单、快速、有效，从而加快施工进度。

另外要考虑的一个抗剪连接的因素是，轴力会随时间起变化而在钢梁和混凝土板之间进行重分布。

特别是在架设过程中当混凝土板尚未达到全部强度时就开始承受轴力，其结果是由于徐变关系会使混凝土桥面板中的轴力流落到钢粱部分，对此应详加验算。

上述因素会影响钢与混凝土两种构件中的恒载轴力和最终变形。

３．１．３叠合粱内力分配由于斜拉索的锚固力集中作用于钢主梁上，然后才扩散到整个断面，因此在靠近锚固点附近的断面上，混凝土桥面板中应力的横向分布是很不均匀的，主要集中在钢主梁附近一个有限的宽度范围内（即剪力滞后引起的有效分布宽度），设计时应对此精心考虑。

应该说，注意到上述叠合梁断面的内力分配和桥面板应力有效分布宽度的特点后，对于叠合梁结构在各种荷载组合中的内力和应力的计算分析，以及桥面板在局部荷载和整体荷载下的组合应力计算分析，就能得到比较准确和合理的结果。

３．１．４桥面板的开裂研究及措施叠合梁桥面板裂缝会影响桥梁的使用寿命。

当裂缝超过规定值时，就不能考虑混凝土与钢粱的整体受力作用，且造成钢梁和钢筋的腐蚀，这是十分不利的，为此设计时必须注意预防各部分桥面板可能产生的裂缝。

由于对这种结构的内部机理、构造、材料、施工等方面的认识尚不完善，导致该种桥型的代表加拿大的Ａｍｃｃｉ８桥桥面出现了大量裂缝。

可以说防止桥面板混凝土出现裂缝，是叠合梁设计中十分关键的问题。

我国杨浦大桥和南浦大桥设计过程中，通过在横梁底部反顶等措施来改善桥面板的开裂问题，并取得了相对较好的设计效果。

在设计过程中应根据各种裂缝产生的原因，采取相应的措施。

３．１．５空气动力问题一般来说。

预应力混凝土斜拉桥不会出现空·５３·２００２年增刊广东公路交通总第７６期气流动的涡流振动问题，这是因为它们具有较高的质量和阻尼，可在有限的风速下抑制开始出现的微小振动。

质量和阻尼在低风速时也是一个制止桥梁截面开始发生颤振的有利因素，但是更大的质量会抵消和缓解这种有利的结果。

因为自振频率的减小只与质量的平方根成正比，颤振的发振风速直接与截面的固有扭振频率成正比。

具有双索面的重型大体积混凝土梁截面在这方面特别不利，因为它的扭曲惯性矩较大。

实际情况是，迄今为止所有的梁式截面混凝土斜拉桥可以满足实有风速小于发振风速的要求，但在实有风速很大的地区需要有截面柔细而近似平板的空气动力性能。

竖向组合斜拉桥与混凝土斜拉桥相比，其单位长度的质量较小，故避免涡振的困难相对来说要大一些。

钢板梁的底部有离散迎来气流的作用，并在下风侧引起涡流。

可以用导风角、导风板等制振措施来取得抗风方面的稳定。

３．２纵向组合斜拉桥该体系１９７２年第一次用于德国的ＫＩｌｒｔ—Ｓｃｈｕ．ｍａｃｈｅｒ桥，其后经过瑞典焦恩桥、日本生口桥而得以发展，及至法国的Ｎ０Ⅱｍｎｄｖ桥和日本的Ｔａｔａｒａ桥，其技术已日益成熟，并且在大跨斜拉桥领域日益取得竞争优势。

其主梁结构和受力特性：（１）主跨的跨越能力比一般的斜拉桥要大，而边跨与主跨的比例一般要比传统的斜拉桥要小。

（２）边跨预应力混凝土主梁，不但能平衡主跨的钢主梁重量且确保边跨各支点均不出现拉力，而且由于后锚拉索分布较密，从而从总体上提高了整座桥的刚度。

当主跨布置活载时，主跨的梁体变形和主塔变位均有减小的趋势，实际上边跨结构起到了很好的锚固作用，这也是纵向组合斜拉桥的基本构思之一。

（３）由于边跨设有较多的刚性支承点，因此当边跨布置活载时，对主跨影响较小。

这样，主跨的弯矩变幅和斜拉索索力变幅就明显减小，因而也就减小了主梁和斜拉索的疲劳影响。

（４）主梁高度受跨径增大的影响较小，一般跨高比大于２００。

加之采用扁平的流线型箱梁，不论是抗风性能，还是建筑外观，均得到了较大的改善。

（５）主塔和边跨预应力混凝土主梁可以同时施工，一旦主塔和边跨主粱完成，即可吊装主跨钢梁。

这样就加快了施工进度。

（６）预应力混凝土梁与钢粱之间的连接是纵向组合斜拉桥的最重要的构造之～。

也可以说，钢粱于预应力混凝土主粱的连接位置选择和可靠的连接，是纵向组合斜拉桥成功的关键之一。

因该体系材料经济和施工方便，尤其在３５０ｍ以上跨径且边跨采用顶推施工时更具优势。

３．３水平组合斜拉桥该体系较台适双主肋横断面形式，即对直接传递斜拉索水平推力和承受整体荷载的主肋及桥面板采用混凝土结构，对仅承受局部荷载的横梁采用钢结构。

其主要优点是减轻结构自重，简化施工工艺，加快施工进度。

４结语虽然组合斜拉桥大致可以分为以上三类，但通过它们之间的再次组合又可以派生出其它的结构形式。

例如第一类和第二类斜拉桥组合后即可形成中跨叠合梁，边跨混凝土梁的新形式。

组合斜拉桥的理念就是在恰当的部位使用恰当的材料，由此可以推知，随着工程技术的发展，组合斜拉桥的大家庭中将会不断加人新的成员，丰富其结构形式。

参考文献１林元培．斜拉桥［Ｍ］，北京：人民交通出版社，１９９４２周念先．预应力砼斜张桥［Ｍ］．北京：人民交通出版社．１９８９（收稿日期：２００２—０９—１５）组合斜拉桥简介及其结构特点分析作者：苗德山， 孙向东作者单位：苗德山(广东省交通集团有限公司,广州,510101)， 孙向东(广东省公路勘察规划设计院,广州,510507)刊名：广东公路交通英文刊名：GUANGDONG HIGHWAY COMMUNICATIONS年，卷(期)：2002，""(z1)被引用次数：0次1.林元培斜拉桥 19942.周念先预应力砼斜张桥 19891.学位论文左智飞组合斜拉桥的设计2001在斜拉桥结构发展日新月异的今天,组合斜拉桥作为其一个分支,因结构自重轻,受力性能好,构造合理,施工方便等优点,展现出极强的竞争能力.组合斜拉桥的思想就是在恰当的部位使用恰当的材料,这就给组合斜拉桥以很大的发展空间.该文结合当前组合斜拉桥的发展现状,阐明了组合斜拉桥的分类及其各自的特点;给出纵向组合斜拉桥的分析模式和施工方法;论述了纵向组合斜拉桥设计中一些关键的技术环节.根据以上理论,该论文给出了一个纵向组合斜拉桥的工程实例.在实例中,从整体到局部,多层次地进行了结构分析,以进一步的探讨该种桥型的受力特点.2.会议论文苗德山.孙向东组合斜拉桥简介及其结构特点分析2002利用斜拉桥自身构件的各种变化,可以派生出众多优美的结构形式,并达到与环境的完美结合.组合斜拉桥跨越能力强,应用广泛,桥型美观.简要介绍了其类型并分析了各桥型的结构受力特点.3.学位论文余辉玻璃钢-混凝土组合斜拉桥桥面板试验研究2006由于斜拉桥具有适用、安全、经济、美观等优点，因此得到广泛使用。

尤其是在300-500米跨度范围内，斜拉桥与其它桥型竞争，在技术上和经济上都占据较明显优势。

随着斜拉桥数量的增加，跨度也逐渐增大，斜拉桥在我国已经得到了较大的发展，由于斜拉索的锈蚀影响其正常使用性能，不得不进行换索。