城市景觀橋及拉索的選型分析

張 浩 焦夢(mèng)瑩

（1.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088；2.交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088）

1 城市景觀橋及拉索的選型方案比較

1.1 橋型方案比較

某城市景觀橋有以下兩種橋型方案：其一是選用大跨度變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)，調(diào)整預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的局部細(xì)節(jié)，將橋梁跨徑布置為48m+64m+48m，分左、右兩幅布置，全橋長(zhǎng) 160m、寬 41m，橋梁面積為6560m2；其二是選用獨(dú)塔斜拉橋結(jié)構(gòu)，將橋梁跨徑設(shè)為100m+60m，為單幅布置，全橋長(zhǎng)160m、標(biāo)準(zhǔn)段橋面寬度為44m，橋梁面積為7040m2。

針對(duì)兩種橋型方案進(jìn)行比較，方案一的結(jié)構(gòu)體系較為簡(jiǎn)單、但受力效果較差，方案二的結(jié)構(gòu)體系略為復(fù)雜、但受力效果較好；前者施工難度較小、工期預(yù)計(jì)為10個(gè)月，后者在主塔、基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)上的施工難度較大、工期預(yù)計(jì)超過(guò)13個(gè)月；前者景觀效果較差、對(duì)河道存在一定影響，后者景觀效果良好、與周?chē)h(huán)境的融合性較好，且對(duì)河道的影響較小。

1.2 斜拉索方案選擇

斜拉索是斜拉橋的主要承載構(gòu)件，常用索體結(jié)構(gòu)包含鋼絲拉索、鋼絞線拉索兩種類(lèi)型。針對(duì)兩種斜拉索的防腐性能進(jìn)行比較，鋼絞線拉索防腐層采用鍍鋅工藝、防腐材料與保護(hù)套設(shè)計(jì)，可延長(zhǎng)其使用壽命；在HDPE外護(hù)套質(zhì)量上，鋼絞線拉索在外護(hù)套與絞線間保持中空設(shè)計(jì)，不會(huì)因應(yīng)力作用出現(xiàn)開(kāi)裂，使用壽命可達(dá)50a；在索體質(zhì)量上，鋼絞線拉索防腐性能較優(yōu)，即使HDPE外護(hù)套受損也不會(huì)影響到整體鋼絞線斜拉索的使用安全，在外護(hù)套破損后便于更換，且索體不會(huì)出現(xiàn)毛細(xì)現(xiàn)象；在后期維護(hù)層面，以100a作為橋體設(shè)計(jì)周期，鋼絞線拉索僅需換索1次，可使斜拉橋生命周期造價(jià)得到顯著降低。綜合上述因素，擬選用鋼絞線拉索進(jìn)行該項(xiàng)目設(shè)計(jì)。

2 主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算

1）上部結(jié)構(gòu)：主梁主跨采用單箱五室全焊扁平流線鋼箱梁，設(shè)置2道縱腹板，將中心梁高度設(shè)為2.2m，鋼箱梁頂板、底板寬度分別為18.36m和11.2m，橋面設(shè)有2%雙向橫坡；邊跨采用單箱四室混凝土箱梁，中心梁高2.2m，截面頂、底寬分別為18.36m和11.2m，橋面板設(shè)有2%的雙向橫坡。索塔高59m，上部塔柱高49.4m、柱腳高9.6m，在兩塔柱柱腳間設(shè)有2m高橫梁用于支撐主梁，并與主梁固結(jié)；在索塔上設(shè)有13對(duì)斜拉索。采用帶有PE覆層的鍍鋅鋼絞線拉索，配合HDPE外護(hù)套；拉索設(shè)為雙索面、全橋共13對(duì)，均采用扇形布置，其中主跨、錨跨拉索分別錨固在主梁兩側(cè)和橋臺(tái)位置，主梁索距為9m，塔上索距為1.5m；各斜拉索均設(shè)有減震器，在斜拉索下端2.5m處外包不銹鋼管。

2）下部結(jié)構(gòu)：索塔選用啞鈴型承臺(tái)，各塔腳下承臺(tái)橫橋向尺寸為10.2m、順橋向?yàn)?7.8m；在承臺(tái)間選用2m×3.5m截面的系梁進(jìn)行連接，各塔腳下承臺(tái)處設(shè)有15根直徑為1.5m的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

3）主橋計(jì)算模型：針對(duì)主橋模型進(jìn)行仿真分析，分別采用空間梁?jiǎn)卧⒘簡(jiǎn)卧?、桁架單元進(jìn)行主塔、主梁、拉索部分的模擬分析，依照簡(jiǎn)支梁支撐型式模擬主梁兩端，生成主橋計(jì)算模型圖。

4）計(jì)算荷載：混凝土塔橋、主梁部分采用強(qiáng)度等級(jí)為50的混凝土，選用Q345鋼材作為鋼梁材料，拉索選用1860MPa的預(yù)應(yīng)力鋼絞線拉索，下部結(jié)構(gòu)承臺(tái)、樁基分別采用C40和C30混凝土?；炷寥葜?、鋼材容重分別取值為26kN/m3和77.4kN/m3，橋面鋪裝為5kN/m2，中央分隔帶護(hù)欄與防撞護(hù)欄為5kN/m，人行道內(nèi)側(cè)護(hù)欄、外側(cè)欄桿分別為2kN/m和3.5kN/m，電纜與支架為11.2kN/m；橋梁結(jié)構(gòu)整體升溫、降溫分別為20°C和25°C，索、梁溫差控制為10°C，主塔日照溫差為±5°C，主梁日照升、降溫均為5°C；下部結(jié)構(gòu)兩側(cè)邊墩、中墩沉降1cm；將偏載系數(shù)設(shè)為1.1，人群荷載計(jì)為2.7kN/m2。

5）成橋狀態(tài)：依據(jù)荷載計(jì)算結(jié)果與成橋索力分布圖可知 （成橋索力分布情況如圖1所示），成橋狀態(tài)下主跨、邊跨拉索的索力分別為3397-4409kN和3348-3788kN，選取強(qiáng)度為1860MPa的預(yù)應(yīng)力鋼絞線拉索，公稱(chēng)破斷索力為11197kN和14322kN。在兼顧活荷載等荷載作用影響下，最大索力為4687kN，拉索極限承載力安全系數(shù)為2.79。由此說(shuō)明，鋼絞線拉索在橋梁常規(guī)荷載作用下可保障構(gòu)件受力符合設(shè)計(jì)要求，成橋狀態(tài)良好、受力性能穩(wěn)定，且景觀效果較好，具備良好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)語(yǔ)

斜拉橋的橋塔、拉索與梁體結(jié)構(gòu)分別起到承壓、受拉與承彎作用，在造型特征、力學(xué)結(jié)構(gòu)上具有顯著的實(shí)用性與美學(xué)價(jià)值，在城市景觀橋設(shè)計(jì)上得到廣泛應(yīng)用。通過(guò)在正常使用荷載作用下計(jì)算其荷載可知，斜拉索的構(gòu)件受力與結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)均符合規(guī)范要求，有助于進(jìn)一步提升城市景觀橋的安全性能與景觀效果。