独塔双跨自锚式悬索桥设计与分析

3. 671 2467. 0L2源自5. 243 35769. 0
C2
5. 244 1919. 5
L3
5. 339 36420. 6
C3
7. 106 1936. 0
L4
5. 448 37169. 2
C4
9. 263 1922. 5
L5
5. 569 37998. 2
C5
11. 714 1930. 2
L6
5. 702 38911. 1
2. 2 索塔及基础 悬索桥上部结构荷载主要通过吊索及主缆转移给索塔
传至基础，索 塔 将 承 受 主 缆 施 加 的 巨 大 竖 向 压 力。 故 索 塔 选型为 3m × 2m 矩形混凝土实心塔柱。每根塔柱依次下设 变截面钢筋混凝土桥墩、矩形承台及 7 根 φ1. 8m 的钻孔灌 注桩。为了保 证 主 梁 横 向 刚 度，主 梁 横 向 中 心 下 加 设 等 截 面钢筋混凝土桥墩、矩形承台及 4 根 φ1. 8m 的钻孔灌注桩。 索塔及基础结构图如图 3 所示。
起。本文给出了 A 点强迫位移引起附加弯矩计算方法。 （ 2） 考虑梁端转角及支反力修正后梁端相对转角及
支反力差值均有减小。本文给出了修正公式。 （ 3） 桥面连续内拉杆应力主要由竖向活载产生。汽
车制动力及温度作用引起的应力很小，可以忽略不计。 （ 4） 桥面连续切缝后可以显著降低其最大弯矩。
（ 2） 桥面连续不切缝时最大弯矩为 41. 9k N·m，采用 两端切缝后最大弯矩为 25. 1 kN·m，降低 40% 。
高基本相同，温度零点在桥中心，即 3# 墩处。计算得到 1# 墩 顶连续 受 拉 力 最 大，其 值 为 15. 7kN，拉 杆 （ 1# 钢 筋 ） 应 力 为 2. 0MPa。 3. 4 计算结果汇总
（ 1） 按 简 支 梁 计 算 两 梁 梁 端 相 对 转 角 为 1. 871 × 10 － 3 ，支反力差值 42. 1kN； 考虑桥面连续后梁端相对转角为 1. 545 × 10 － 3 ，支反力差值 38. 1kN，分别减少 17. 4% 、9. 5% 。
钢丝索股编排而成。每股索股又由 127 丝 φ5. 1mm 高强镀 锌平行钢丝组成，采用预制平行索股法（ PPWS 法） 架设。塔 顶设主索鞍，鞍槽底部为圆弧线槽，出口处槽底和侧壁的端 部，倒圆角以保护主缆钢丝。
全桥共 32 根吊索，顺桥向普通吊索中心间距 5m，桥塔 两侧吊索距主塔中心距为 6. 0m。靠近端横梁处的 4 根吊索 采用 φ82mm 刚性吊索，材料选用镀锌 40Cr 钢； 其余吊索采 用 73φ7mm 高强度镀锌钢丝成品索，并 设 置 双 层 PE 保 护 层。吊索上端 与 索 夹 采 用 叉 耳 板 销 接，下 端 锚 固 于 横 梁 底 部，在 与 主 梁 结 合 处 设 置 防 水 罩，下 锚 头 采 用 防 腐 油 脂 处 理，并在索管内注入发泡材料。
具有代表性。
向外横坡，人行道设置 1. 0% 向内横坡。桥型立面图如图 1
1 工程概况
所示。
FK#2-3 公路桥跨越哈尔滨市松北发生渠，上部结构在 2. 1 主梁
半径 2500m 的竖曲线上，呈东西走向。该桥的主要技术标
主梁具有斜 交 及 大 宽 跨 比 等 弯 扭 耦 合 的 结 构 特 点，因
准为： 双向 6 车道城市主干路，两侧各设宽度为 4m 的人行 此主梁结构设计时必须保证结构能够提供足够的纵向及横
师，研究方向： 桥梁结构。
马志芳等： 独塔双跨自锚式悬索桥设计与分析
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者配重来平衡上拔力。 FK#2 － 3 公路桥主梁采用具有较好抗弯及抗扭刚度的
预应力混凝土箱梁结构。主梁为单箱 7 室断面，中心梁高 2m。箱梁顶板宽 36m，底板宽 31m，翼缘悬臂长 2. 5m。箱梁 宽跨比达 0. 67，空间效应显著。为了增加主梁横向刚度、减 小吊索锚固处局部内力效应，在主梁中共设置 16 道中间横 梁、1 道桥墩支座处横梁和 2 道端横梁。横梁中并设置横向 预应力筋。端 横 梁 的 设 置 既 能 提 高 主 梁 横 向 刚 度、平 衡 主 缆竖向分力又能 充 当 主 缆 锚 固 载 体、避 免 主 缆 锚 下 应 力 集 中现象。主梁横断面如图 2 所示。
选 型 为 独 塔 双 索 面 混 凝 土 自 锚 式 悬 索 桥，斜 交 角 度 为 69. 09°。兼顾结构受力、方便施工以及客观斜交角等因素，
座混凝土自锚式悬索桥。FK#2 － 3 公路桥在满足城市景观 建设要求的同时，具有独塔双跨、斜交及大宽跨比等弯扭耦 合的结构特 点，在 设 计 中 须 予 以 足 够 重 视。 与 比 较 多 见 的
以及结构新颖和造型美观等优点，在中小跨径桥型中，特别 是城 市 桥 梁 建 设 中 已 经 成 为 非 常 具 有 竞 争 力 的 备 选 桥型［1 ～ 3］。
基准温度为 10°C。 2 桥梁结构设计
基于地址条 件 差 及 对 城 市 景 观 建 设 的 要 求，上 部 结 构
打造“松江湿 地、北 国 水 城 ”的 哈 尔 滨 市 松 北 灌 排 体 系 及水生态环境建设工程中的发生渠 FK#2 － 3 公路桥即是一
参考文献
［1］ 王伯惠 . 桥梁接缝和桥面连续问题［J］. 东北公路，1991，（ 1） ： 59 － 65.
［2］ 叶见曙 . 结构设计原理［M］. 北京： 人民交通出版社，1997. ［3］ JTGD60 － 2004，公路桥涵设计通用规范［S］. . ［4］ 范立础 . 桥梁工程（ 上册） ［M］. 北京： 人民交通出版社，2001.
初始平衡状态分析是指悬索桥在主梁等结构的自重作 用下产生变形后 达 到 平 衡 状 态，满 足 设 计 要 求 的 垂 度 和 跨
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低温建筑技术
2012 年第 12 期（ 总第 174 期）
径的条件下，计 算 缆 索 系 统 线 形 和 内 力 的 分 析。 初 始 平 衡 状态分析是对运营阶段进行线性、非线性分析的前提，所以 应尽量使初始平衡状态分析结果与设计目标一致［6］。
2. 3 缆索系统 该桥上下游各设一根主缆，每根主缆由 19 股预制平行
3 结构分析 由于该桥上 部 结 构 空 间 效 应 显 著，需 要 采 用 梁 格 法 理
论或者实体 有 限 元 法 进 行 分 析。 相 比 之 下，梁 格 法 在 实 用 方面更具优 越 性。 其 基 本 思 想 是 用 等 效 的 纵、横 梁 格 代 替 桥梁上部结构，将 分 散 在 板 式 或 箱 梁 每 一 区 段 内 的 弯 曲 刚 度和抗扭刚度集 中 于 最 邻 近 的 等 效 梁 格 内，实 际 结 构 的 纵 向刚度集中于纵 向 梁 格 构 件 内，横 向 刚 度 集 中 于 横 向 梁 格 构件内。因此，准 确 模 拟 纵、横 梁 的 抗 弯 刚 度、抗 扭 刚 度 和 抗剪刚度是梁格法的关键［4］。
L11 6. 000 40937. 4
C11
14. 491 1923. 0
L12 5. 851 39917. 2
C12
11. 752 1922. 7
L13 5. 707 38930. 2
C13
9. 305 1928. 4
L14 5. 574 38017. 7
C14
7. 145 1935. 2
L15 5. 452 37182. 8
C6
14. 463 1924. 1
L7
5. 846 39895. 9
C7
17. 509 1859. 4
L8
5. 994 40914. 1
C8
20. 826 2236. 4
L9
7. 421 42218. 3
C9
20. 836 2236. 9
L10 7. 429 42244. 5
C10
17. 528 1858. 5
为了保证缆 索 系 统 运 营 期 内 正 常 使 用 功 能，延 长 其 使 用寿命，须进行严格的防腐设计。其设计原则为： 对于安装 后不可进行现场 维 护 的 锚 固 构 件，其 防 腐 设 计 应 能 确 保 在 整个使用寿命期 间 不 需 要 维 护 仍 可 有 效 使 用 ，对 于 可 以 现 场维护的锚固构件，其防腐系统的设计寿命至少 25 年。主 索 鞍、散 索 套 及 索 夹 进 行 喷 锌 处 理，锌 层 厚 度 不 小 于 0. 2mm，以及相应的锚固构件均进行镀锌处理。索夹对接 缝： 无橡胶垫块的内侧缝应压注密封膏； 有垫块的内侧缝以 及索夹两侧 与 主 缆 接 触 的 缝 隙 用 防 水 密 封 膏 填 满 至 无 凹 槽。吊索采用双防腐系统（ 包括镀锌和高密度聚乙烯外保 护层） 。主缆断面以及防腐设计大样如图 4 所示。
（ 3） 桥面连续不切缝时由 A 点强迫位移引起的附加 弯矩为 37. 8 kN·m，占最大弯矩的 90% ； 采用两端切缝时附 加弯矩为 25. 1kN·m，占最大弯矩的 100% 。桥面连续弯矩 主要为由 A 点强迫位移引起的附加弯矩组成。
（ 4） 桥面连续拉杆应力为 151. 2MPa，其中竖向活载应
C15
5. 273 1918. 7
L16 5. 342 36431. 1
C16
3. 689 2461. 8
L17 5. 247 35776. 3
各段主缆以及吊索编号
力为 146. 8MPa，汽 车 制 动 力 应 力 为 2. 4MPa，温 度 应 力
2. 0MPa。可见，拉杆应力主要由竖向活载产生。 4 结语
（ 1） 桥面连续内最大弯矩主要是由 A 点强迫位移引
［收稿日期］ 2012 － 09 － 10 ［作者简介］ 聂玉东 （ 1968 － ） ，男，黑龙江桦南人，高级工程
道； 公路 － Ⅰ级汽车荷载； 设计行车速度为 60km / h； 地震动 向的抗弯和抗扭刚度。并且考虑到主缆的竖向分力在锚固