多塔斜拉橋剛度提升措施

陳恒大, 姚絲思, 鄔曉光

(1. 陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán), 陜西 西安 710075;2. 中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司, 陜西 西安 710068;3. 長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院, 陜西 西安 710064)

多塔斜拉橋剛度提升措施

陳恒大1, 姚絲思2, 鄔曉光3

(1. 陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán), 陜西 西安 710075;2. 中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司, 陜西 西安 710068;3. 長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院, 陜西 西安 710064)

為進(jìn)一步提升多塔斜拉橋的跨越能力,明確多塔斜拉橋的結(jié)構(gòu)特征,對(duì)比分析了常規(guī)雙塔斜拉橋和多塔斜拉橋在活載作用下的變形特點(diǎn),通過(guò)對(duì)大量文獻(xiàn)研究成果的整理分析,得出了各類提升多塔斜拉橋主塔剛度措施的優(yōu)缺點(diǎn).分析了跨中交叉布索的多塔斜拉橋的受力機(jī)理,解決了多塔斜拉橋整體剛度不足的力學(xué)缺陷,并以昆斯費(fèi)里大橋?yàn)橐劳泄こ?驗(yàn)證了跨中采用交叉布索的多塔斜拉橋方案的可行性.研究結(jié)果表明,第1類措施容易引起結(jié)構(gòu)整體自重增大,拉索有效支承效率降低,破壞了斜拉橋輕盈雅致的整體美感,建議輔助采用;第2類措施改變結(jié)構(gòu)體系,有較高的效率,建議重點(diǎn)采用;第3類措施單獨(dú)使用提升中塔縱向剛度的效果不明顯,建議輔助采用.

橋梁工程; 多塔斜拉橋; 交叉索; 受力機(jī)理; 剛度提升

隨著全球一體化的進(jìn)展和跨江、跨海大橋建設(shè)的興起,多塔斜拉橋漸漸成為橋梁界的新寵兒[1-2].自1962年誕生的采用巨大剛性橋塔的Maracaibo Bridge開(kāi)始,到新建成的采用中跨跨中交叉布索的Queensferry Crossing(昆斯費(fèi)里大橋)為止,幾乎所有的多塔斜拉橋都從不同角度采取各類措施增大非邊塔剛度,從而達(dá)到提升結(jié)構(gòu)整體剛度的目的[3-4],這足以說(shuō)明多塔斜拉橋非邊塔剛度不足是限制其發(fā)展的最重要因素.很多學(xué)者對(duì)多塔斜拉橋進(jìn)行了受力分析,文獻(xiàn)[5]對(duì)多塔斜拉橋的縱向抗推剛度進(jìn)行了公式推導(dǎo),并結(jié)合國(guó)內(nèi)外幾座典型橋梁探討工程實(shí)際中提升多塔斜拉橋橋塔縱向抗推剛度的措施;文獻(xiàn)[6]整理了國(guó)內(nèi)外已通車和在建的多座多塔斜拉橋剛度提升措施,并提出了相關(guān)建議和補(bǔ)充;文獻(xiàn)[7-8]利用有限元方法分析了橋塔剛度、拉索剛度和加勁索初張力等因素對(duì)多塔斜拉橋整體剛度的影響;文獻(xiàn)[9]依托有限元模型對(duì)多塔斜拉橋豎向剛度隨橋塔數(shù)量變化的規(guī)律進(jìn)行了研究,提出了在塔梁結(jié)合處設(shè)置雙排支座增加橋塔剛度的方案.

綜上所述,多塔斜拉橋作為提高斜拉橋跨越能力的一種有效手段,已經(jīng)得到橋梁工程師的廣泛認(rèn)可.多塔斜拉橋的設(shè)計(jì)過(guò)程中,均會(huì)采用不同程度的增大主塔剛度的措施,且通過(guò)有限元模擬或理論推導(dǎo)的方式驗(yàn)證了該措施的可行性.但是,多塔斜拉橋結(jié)構(gòu)特征還不夠明確,其剛度提升措施尚未有科學(xué)的歸類整理.本文通過(guò)對(duì)大量文獻(xiàn)的研究成果進(jìn)行整理分析,得出了3類提升多塔斜拉橋主塔剛度的措施,對(duì)新型的加勁索體系----跨中交叉布索的多塔斜拉橋進(jìn)行了受力機(jī)理分析,并介紹了交叉索多塔斜拉橋的經(jīng)典工程----蘇格蘭昆斯費(fèi)里大橋.

1 多塔斜拉橋結(jié)構(gòu)特征

多塔斜拉橋雖具有很多傳統(tǒng)雙塔斜拉橋不具備的優(yōu)勢(shì),但是由于其結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性也存在一些技術(shù)難題,如圖1所示,對(duì)于傳統(tǒng)的雙塔斜拉橋,當(dāng)活載作用于中跨和邊跨時(shí),由于邊跨設(shè)置了過(guò)渡墩或輔助墩,有效抑制了主梁和橋塔的變形.可見(jiàn),傳統(tǒng)的雙塔斜拉橋通過(guò)設(shè)置端錨索和輔助墩能有效的保證結(jié)構(gòu)整體剛度.

多塔斜拉橋則不同,由圖2可明顯看出,當(dāng)活載作用于一個(gè)主跨上時(shí),表現(xiàn)出中塔B的縱向剛度不足,從而導(dǎo)致主跨主梁豎向剛度不足.

圖1 雙塔斜拉橋變形圖Fig.1 The deformation of twin tower cable-tayed bridge(a)—雙塔斜拉橋跨中滿布載荷變形圖; (b)—雙塔斜拉橋邊跨滿布載荷變形圖.

圖2 多塔斜拉橋變形圖

多塔斜拉橋在中跨不平衡活載作用下,結(jié)構(gòu)變形過(guò)大、整體剛度不足是其最顯著的技術(shù)難題,這已成為世界橋梁界公認(rèn)的事實(shí).且由于結(jié)構(gòu)變形過(guò)大,導(dǎo)致多塔斜拉橋在活載作用下構(gòu)件的應(yīng)力變化較大,易出現(xiàn)應(yīng)力疲勞問(wèn)題.

2 多塔斜拉橋剛度提升

解決多塔斜拉橋中塔剛度不足的措施大致可以分為增大主要構(gòu)件(塔、梁、索)剛度,采用體外加勁索,修建邊跨輔助墩、設(shè)雙排支座3類.第1類為增大物理剛度和截面剛度,第2、3類為增大幾何組成剛度.

2.1 增大主要構(gòu)件剛度

分別增大多塔斜拉體系梁、塔、索的自身剛度可以提高結(jié)構(gòu)的整體剛度,如圖3所示.

圖3 增大梁、塔、索的剛度Fig.3 Augment stiffness of the beam, tower or cable(a)—原始狀態(tài); (b)—增大主梁自身剛度; (c)、(d)—增大抗彎剛度; (e)—增大拉索強(qiáng)度.

(1) 增大主梁自身剛度(圖3b).矮塔斜拉橋的主梁和公鐵兩用鋼桁架斜拉橋的主梁皆是增大主梁自身剛度的典范,但這種方式是不太經(jīng)濟(jì)的,文獻(xiàn)[2]從橋梁美學(xué)的角度提出梁高與跨徑的合理比例;文獻(xiàn)[7]對(duì)工程實(shí)例進(jìn)行有限元模擬分析,對(duì)比主梁自身剛度提高與斜拉橋整體剛度提高的關(guān)系,得出提高主梁自身剛度只是增大多塔斜拉橋整體剛度的輔助措施之一的結(jié)論.

(2) 增大橋塔抗彎剛度(圖3c、圖3d).文獻(xiàn)[6]對(duì)工程實(shí)例進(jìn)行有限元模擬分析,認(rèn)為提高單一截面的橋塔的自身剛度非常困難,應(yīng)采用金字型四角橋塔.委內(nèi)瑞拉的Maracaibo Bridge和希臘的Rion-Antirion Bridge等多塔斜拉橋就是通過(guò)剛性橋塔來(lái)提高橋塔的抗推剛度,從而達(dá)到提升橋梁整體剛度的目的.但不是所有的橋梁都適合此方法,因?yàn)橄ＥDRion-Antirion Bridge處于強(qiáng)地震帶,塔梁采用漂浮體系,所以采用如此笨重而又堅(jiān)實(shí)的橋塔.有些深水區(qū)或者對(duì)通航有較高要求的橋梁就不適合修建如此巨大的橋塔.嘉紹大橋橋下水深不大,采用了瘦弱的橋塔,通過(guò)增加雙排支座提高了橋梁的整體剛度.

矮塔斜拉橋也是增大了橋塔自身剛度的原理,由結(jié)構(gòu)力學(xué)可知,截面相同的前提下,塔頂水平位移和塔的高度的三次方成正比例關(guān)系,即:

式中:Δ為塔頂水平位移;h為塔高;EI為抗彎慣性矩;p為系數(shù).

所以,矮塔斜拉橋是通過(guò)減小橋塔高度來(lái)提升橋塔剛度的.

(3) 增大拉索剛度(圖3e).該方法的實(shí)現(xiàn)可通過(guò)增大斜拉索面積來(lái)實(shí)現(xiàn).但是增加拉索截面積會(huì)使結(jié)構(gòu)的自重增加,使拉索對(duì)活載的支承效率降低,反而效果不佳.

2.2 加勁索體系

Gimsing[2]、鄧文中[6]、石雪飛[7]等對(duì)多塔斜拉橋的加勁索體系進(jìn)行了研究,主要有以下幾種加勁措施,如圖4所示.

圖4 多塔斜拉橋加勁索體系Fig.4 The cables stiffened system of multi-tower cable-stayed bridge(a)—原始狀態(tài); (b)—水平加勁索; (c)—傾斜加勁索; (d)—跨中交叉索; (e)—下拉索.

(1) 水平加勁索(圖4b).水平加勁索的理念是使各橋塔塔頂縱向偏位保持一致,相當(dāng)于把端錨索直接作用于各橋塔,文獻(xiàn)[6,8]也用有限元模擬的手段對(duì)多塔斜拉橋水平加勁索的力學(xué)回應(yīng)進(jìn)行了分析,認(rèn)可了其加勁效果,但對(duì)于大跨徑多塔斜拉橋來(lái)說(shuō),水平加勁索會(huì)有垂度效應(yīng),加勁效果明顯降低,且此種方式改變了斜拉橋的輕盈雅致感,一般不予采用.

(2) 傾斜加勁索(圖4c).多塔斜拉橋采用傾斜索加勁時(shí)會(huì)使邊近塔處產(chǎn)生較大的彎矩,文獻(xiàn)[7-8]也用有限元模擬的手段對(duì)多塔斜拉橋水平加勁索的力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了分析,認(rèn)可了其加勁效果,但對(duì)于大跨徑多塔斜拉橋來(lái)說(shuō),傾斜加勁索會(huì)有垂度效應(yīng),中等跨徑的多塔斜拉橋比較適用.被譽(yù)為20世紀(jì)最美橋梁之一的香港汀九大橋就是采用了此種加勁措施,至于會(huì)不會(huì)產(chǎn)生其他負(fù)面影響,還有待時(shí)間的考驗(yàn).

(3) 跨中交叉索(圖4d).跨中交叉索的加勁機(jī)理是使各橋塔共同承擔(dān)載荷,雖然沒(méi)有水平索加勁立竿見(jiàn)影,但是其加勁方式簡(jiǎn)潔明快,更容易被接受.

Gimsing[2]、鄧文中[6]通過(guò)對(duì)交叉索的定性分析,認(rèn)為此方式明顯優(yōu)于前兩種加勁索形式,但此方案也有不盡如人意之處就是交叉索垂度效應(yīng)明顯,經(jīng)濟(jì)性差,交叉索區(qū)段施工錨固技術(shù)復(fù)雜.陳艾榮、項(xiàng)海帆[8]提出交叉索體系存在最優(yōu)交叉索數(shù)量.文獻(xiàn)[6,8]也用有限元模擬的手段對(duì)多塔斜拉橋水平加勁索的力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了分析,認(rèn)可了其加勁效果,但對(duì)交叉索對(duì)數(shù)以及交叉段主梁長(zhǎng)度占主跨的比例等需要深入研究.

(4)下拉索(圖4e).下拉索相當(dāng)于雙塔斜拉橋的端錨索對(duì)橋塔的約束,斜拉橋的軸向壓力過(guò)大這一弊端無(wú)疑是雪上加霜,且下拉索較短、應(yīng)力幅大,耐久性弱.盡管有學(xué)者做了有限元模擬分析,證明了下拉索加勁多塔斜拉橋的效果,但從受力和美觀兩方面考慮此方案皆不是好的選擇[10].

將各加勁索的加勁效率做對(duì)比,可為多塔斜拉橋加勁措施的實(shí)施提供參考,具體見(jiàn)表1.

表1 各加勁索體系加勁效率計(jì)算結(jié)果Table 1 Calculating result of stiffening efficiency of various cables stiffened system %

2.3 其他措施

(1) 設(shè)置輔助墩.對(duì)于多塔斜拉橋,在邊跨設(shè)置輔助墩是可行的,但對(duì)中塔剛度的加強(qiáng)顯得力不從心.若在中塔處設(shè)置輔助墩[2],整體效果會(huì)好很多,但影響了斜拉橋的整體美觀和輕盈雅致的理念;若是深水區(qū)段,增加輔助墩會(huì)大大增加橋梁的下部造價(jià),經(jīng)濟(jì)性較差.文獻(xiàn)[8]通過(guò)有限元模擬的方式對(duì)增加輔助墩的方案進(jìn)行了算例分析,認(rèn)為增加邊跨輔助墩會(huì)有一定的效果,但是不夠顯著.若一味增加邊跨輔助墩,其效果不是線性增加,且經(jīng)濟(jì)性差.

(2) 設(shè)置雙排支座.雙排支座的理念是通過(guò)雙排支座的支承使橋塔和主梁共同承擔(dān)載荷,從而達(dá)到分擔(dān)主塔縱向載荷的目的.但由于施加了多余約束,溫差會(huì)引起橋塔產(chǎn)生較大的次內(nèi)力.

盡管法國(guó)米約斜拉橋采用了此方案,但由于支座縱向間距為9 m,效果遠(yuǎn)不如我國(guó)嘉紹大橋.嘉紹大橋雙排支座間距為46 m,對(duì)橋塔剛度的提升效果顯著,文獻(xiàn)[9]通過(guò)有限元模擬的方式對(duì)嘉紹大橋的雙排支座施加后的力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了計(jì)算分析,認(rèn)為此方案在增大多塔斜拉橋整體剛度中比較可行.

2.4 剛度提升措施分析

第1類措施增加主梁、塔和索的自身剛度,容易引起結(jié)構(gòu)整體自重增大,拉索有效支承效率降低,而且破壞了斜拉橋輕盈雅致的整體美感.第2類措施包括水平加勁索、傾斜加勁索、跨中交叉索和下拉索幾種,水平加勁索改變了斜拉橋的輕盈感,過(guò)長(zhǎng)的傾斜加勁索具有較大的垂度效應(yīng),加勁效果并不理想;跨中交叉索加勁方式簡(jiǎn)潔明快,更容易被接受.第3類措施為輔助措施,單獨(dú)使用提升中塔縱向剛度的效果不明顯.

所有的提高多塔斜拉橋整體剛度的措施都是各有利弊,文獻(xiàn)[11]對(duì)我國(guó)的典型多塔斜拉橋進(jìn)行了剛度提升措施總結(jié),較好地驗(yàn)證了多種措施混合使用的優(yōu)勢(shì).工程師們宜深入了解各加勁方案的力學(xué)特性,結(jié)合工程實(shí)際情況綜合考慮各措施的優(yōu)缺點(diǎn),下文將對(duì)多塔斜拉橋交叉索的作用機(jī)理進(jìn)行研究.

3 交叉索作用機(jī)理

取多塔斜拉橋跨中處為研究對(duì)象,如圖5所示,拉索1的索力變化ΔT1的豎向分力為ΔT1y,其一部分被拉索2索力變化的豎直分力ΔT2y平衡,另一部分使得主梁產(chǎn)生向上的撓曲變形.該處力學(xué)分析清晰地反映了跨中交叉索的作用機(jī)理,在傳統(tǒng)斜拉橋中,拉索1的豎向分力ΔT1y完全用來(lái)使得主梁發(fā)生撓曲變形,結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生較大的形變,而在交叉索多塔斜拉橋中,當(dāng)中塔發(fā)生縱向位移時(shí),梁段的重量在交叉背索中重新分配,使得拉索1索力增大ΔT1,拉索2索力減小ΔT2,拉索1的豎向分力ΔT1y被拉索2平衡了一部分,使得主梁向上撓曲的力減小為ΔT1y-ΔT2y,故主梁變形減小,結(jié)構(gòu)剛度增大.

圖5 交叉索作用機(jī)理Fig.5 Interaction mechanism of crossed cables

可見(jiàn),跨中交叉布索對(duì)多塔斜拉橋的剛度提升有著重要的作用,交叉索多塔斜拉橋在概念設(shè)計(jì)階段確定交叉索用索量是一個(gè)非常重要的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),而交叉索用索量的最優(yōu)解是由多塔斜拉橋剛度提升效率和經(jīng)濟(jì)性來(lái)決定的.顯然,隨著交叉索量的增大,交叉索對(duì)多塔斜拉橋主梁、主塔的約束也相應(yīng)增大,多塔斜拉橋的主塔剛度得到相應(yīng)提升.但并不是設(shè)置交叉索的數(shù)量越多越好,因?yàn)?隨著交叉索數(shù)量的增多,橋梁自重加大,交叉索對(duì)橋梁整體剛度提升的效率降低,橋梁的經(jīng)濟(jì)性也會(huì)降低,而跨中布置交叉索的多塔斜拉橋交叉索用索比例是一個(gè)相對(duì)固定的領(lǐng)域.

4 工程實(shí)例

4.1 福斯海灣的標(biāo)志性工程

早在20世紀(jì)90年代,在福斯灣上修建第三座橋梁的想法就被提出了,然而一直被擱置.直至2005年,在對(duì)福斯公路橋主纜的檢修過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)主纜有嚴(yán)重的銹蝕,表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)退化特征,若病害繼續(xù)發(fā)展,可能導(dǎo)致該橋于2014年限制重載貨車通行,2019年全面封閉的后果.蘇格蘭交通局為緩解福斯公路橋的交通壓力,改善福斯灣的公路通行狀況,重啟了針對(duì)蘇格蘭福斯新橋(Forth Replacement Crossing,簡(jiǎn)稱FRC)的研究工作.2007年,蘇格蘭政府公布FRC將是一座承載多模態(tài)交通的斜拉橋[12].

4.2 福斯新橋設(shè)計(jì)方案

主跨650 m的福斯新橋總長(zhǎng)達(dá)到2 638 m,斜拉橋中塔處塔梁固結(jié),提供全橋縱向約束,中塔基礎(chǔ)位于福斯灣一塊露出水面的天然巖石上.橋塔構(gòu)型為單塔,在主梁中央布置了兩個(gè)平行索面,拉索錨固在鋼箱梁箱內(nèi)中間位置.每個(gè)主跨有24對(duì)斜拉索,其中6對(duì)交叉錨固于主梁上[13-14].

福斯新橋于2008年12月確認(rèn)了設(shè)計(jì)方案,并由蘇格蘭交通局組織了民眾投票活動(dòng),最后將福斯新橋命名為“Queensferry Crossing(昆斯費(fèi)里大橋)”.它于2011年4月開(kāi)始建設(shè),2017年9月建成通車.相關(guān)截面尺寸見(jiàn)圖6和圖7.

圖6 昆斯費(fèi)里大橋立面圖Fig.6 Elevation drawing of Queensferry Crossing

昆斯費(fèi)里大橋作為多塔斜拉橋,其結(jié)構(gòu)受力的關(guān)鍵問(wèn)題在于中塔無(wú)法像邊塔那樣用端錨索、輔助墩增大結(jié)構(gòu)剛度,當(dāng)活載作用在某一主跨上時(shí),中塔無(wú)法平衡,這將使得橋塔、主梁產(chǎn)生較大的位移和彎矩.

解決這一難題的方法有很多種,Gimsing在文獻(xiàn)[2]中首次提出了多種增強(qiáng)多塔斜拉橋中塔剛度的方法,包括增大主梁剛度、增大索塔剛度、索塔做成三角形、采用長(zhǎng)錨索、 水平索、交叉索等纜索構(gòu)件.昆斯費(fèi)里大橋的設(shè)計(jì)充分考慮了橋址周圍環(huán)境,為了避免修建大體積基礎(chǔ)以至于與旁邊兩座歷史名橋不協(xié)調(diào),采用了單塔形式橋塔,主梁中央平行布置兩個(gè)索面,在每個(gè)主跨將大約25%的斜拉索交叉錨固,形成一個(gè)虛擬的桁架系統(tǒng),如圖8、圖9所示.昆斯費(fèi)里大橋是世界上最長(zhǎng)的多跨中央索面斜拉橋,且其特殊的交叉布索設(shè)計(jì)使該橋有望成為21世紀(jì)的標(biāo)志性工程.

作為世界上首座采用跨中交叉布索方式來(lái)提升結(jié)構(gòu)剛度的多塔斜拉橋,昆斯費(fèi)里大橋的修建使一直處于概念設(shè)計(jì)的交叉索結(jié)構(gòu)成為現(xiàn)實(shí),為多塔斜拉橋交叉布索研究提供了更多素材和可能.

圖7 昆斯費(fèi)里大橋結(jié)構(gòu)截面圖Fig.7 Cross-section drawing of Queensferry Crossing

圖8 昆斯費(fèi)里大橋遠(yuǎn)眺圖Fig.8 Remote view of Queensferry Crossing

圖9 昆斯費(fèi)里大橋加載圖Fig.9 Load icon of Queensferry Crossing

當(dāng)然,交叉布索的多塔斜拉橋還有很長(zhǎng)的路要走.深入研究交叉索對(duì)多塔斜拉橋的主塔剛度的影響,基于變形協(xié)調(diào)原理推導(dǎo)出交叉索對(duì)多塔斜拉橋主塔剛度的縱向抗推剛度公式,精確分析交叉索對(duì)主塔剛度提升的效率;基于提升結(jié)構(gòu)剛度的交叉索效率及交叉索經(jīng)濟(jì)性,結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范與實(shí)橋經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),確定指標(biāo)限值,從而求得交叉索斜拉橋跨中交叉布索的用索量最優(yōu)區(qū)間;利用能量守恒定律研究交叉索多塔斜拉橋的動(dòng)力特性[15];對(duì)交叉布索的多塔斜拉橋整體穩(wěn)定性進(jìn)行深入研究[16]等工作皆任重道遠(yuǎn).

5 結(jié) 論

(1) 對(duì)比分析了常規(guī)雙塔斜拉橋和多塔斜拉橋在活載作用下的變形特點(diǎn),論證了多塔斜拉橋剛度提升的必要性.

(2) 從力學(xué)角度分析了交叉索對(duì)多塔斜拉橋的作用機(jī)理, 即跨中交叉拉索可平衡部分用于提升主梁的豎向力, 使得主梁變形減小, 進(jìn)而減小整體結(jié)構(gòu)的變形, 提高了多塔斜拉橋的整體剛度.

(3) 總結(jié)各種提升多塔斜拉橋主塔剛度措施的優(yōu)缺點(diǎn),第1類措施容易引起結(jié)構(gòu)整體自重增大,拉索有效支承效率降低,破壞了斜拉橋輕盈雅致的整體美感,建議輔助采用;第2類措施改變結(jié)構(gòu)體系,有較高的效率,建議重點(diǎn)采用;第3類措施單獨(dú)使用提升中塔縱向剛度的效果不明顯,建議輔助采用.

(4) 以昆斯費(fèi)里大橋?yàn)橐劳泄こ?驗(yàn)證了跨中采用交叉布索的多塔斜拉橋方案的可行性.

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【責(zé)任編輯:趙炬】

StiffnessImprovementMeasuresofMulti-TowerCable-StayedBridge

ChenHengda1,YaoSisi2,WuXiaoguang3

(1. Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Group, Xi’an 710075, China; 2. CCCC First Highway Consultants Co.LTD, Xi’an 710068, China; 3. College of Highway, Chang’an University , Xi’an 710064, China)

In order to increase the spanning capability of multi-tower cable-stayed bridge, and to explore mechanical properties of multi-tower cable-stayed bridge, the deformation characteristics between cable-stayed bridge with twin tower and multi-tower are analyzed, through the analysis of a large amount of literature research results, the advantages and disadvantages of various kinds of tower stiffness measures are obtained. The new stiffening cable system, stress mechanism of the crossed cables, is analyzed, the mechanical defects of the overall stiffness of the multi-tower cable-stayed bridge are solved, and according to the Queensferry Crossing as a project case, the feasibility of the multi-tower cable-stayed bridge with crossed cables is verified. The results show that the first type of measures can easily cause the overall self-weight of the structure to increase, the effective support efficiency of cables is reduced, and the overall aesthetic feeling of the light and graceful of the cable-stayed bridge is destroyed, it is supporting facilities. The second one has the high efficiency by changing the structure system, it is major measures. The third one are recommended to be adopted because of the vertical stiffness of tower is not enhancement obvious.

bridge engineering; multi-tower cable-stayed bridge; crossed cables; stress mechanism; augment stiffness

U 441.5; U 448.27

A

2017-09-26

陜西省交通運(yùn)輸廳科技資助項(xiàng)目(13-25k).

陳恒大(1989-),男,山東滕州人,博士; 鄔曉光(1961-),男,湖北英山人,長(zhǎng)安大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師.

2095-5456(2017)06-0490-07