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三塔懸索橋適應(yīng)性及結(jié)構(gòu)參數(shù)分析（交通）

                               邱  景¹  李光鳳²

（1．武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司  武漢  430023；  2．中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司  武漢430063）

摘  要  針對(duì)建筑高度限制的要求，采用非線性分析軟件BNLAS，分析了三塔懸索橋的適應(yīng)性，討論了支承體系、中塔剛度及形式，以及主纜矢跨比等主要參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)整體剛度、中塔主纜抗滑移和中塔強(qiáng)度的影響，并研究了中塔剛度的優(yōu)化設(shè)計(jì)。分析表明，塔高限制條件下，三塔懸索橋具有較好的適應(yīng)性；支承體系、中塔剛度及形式對(duì)三塔懸索橋的力學(xué)行為影響較大；塔高限制條件下，宜采用較大的矢跨比；依據(jù)相關(guān)分析，可確定中塔剛度的最優(yōu)值。

關(guān)鍵詞  三塔懸索橋  適應(yīng)性  支承體系  中塔剛度  主纜矢跨比

    伴隨懸索橋發(fā)展和橋梁建設(shè)需求，三塔懸索橋方案已在國(guó)內(nèi)多座跨江橋梁上采用。目前，國(guó)內(nèi)已建成的三塔懸索橋有泰州長(zhǎng)江大橋、馬鞍山長(zhǎng)江大橋和鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋。與兩塔懸索橋相比，三塔懸索橋僅增加了一個(gè)中塔和一個(gè)主跨，由于構(gòu)造上的差異，三塔懸索橋在力學(xué)行為上表現(xiàn)出一定的特殊性。本文以某座大跨度跨江橋梁為工程背景，針對(duì)塔高限制的要求，對(duì)三塔懸索橋的適應(yīng)性和結(jié)構(gòu)參數(shù)的敏感性進(jìn)行研究。

    三塔懸索橋方案的立面布置見圖1。主跨跨徑為2×800 m，主纜跨徑為270 m+800 m+ 800m+325 m，矢跨比為1110.7。主纜采用預(yù)制平行鋼絲索股，單根主纜由127束直徑5.2 mm鍍鋅高強(qiáng)鋼絲組成。吊索采用平行鋼絲束，間距15. 85 m。加勁梁采用流線型扁平鋼箱梁，寬39.2 m，中心梁高3.5 m。邊塔采用混凝土塔；中塔采用全鋼塔，縱向?yàn)?ldquo;人”字形，橋塔橫向?yàn)殚T式塔，設(shè)上、下2道橫梁。中塔處，塔、梁之間采用固結(jié)體系。

1  三塔懸索橋適應(yīng)性分析

    與同規(guī)模的兩塔懸索橋相比，三塔懸索橋因主跨跨徑的減小，主纜的規(guī)格和錨碇的尺寸得以減小，降低了錨碇的施工難度。基于此，三塔懸索橋在超大跨度橋梁設(shè)計(jì)中具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)于三塔懸索橋力學(xué)行為的特殊性和關(guān)鍵技術(shù)，國(guó)內(nèi)學(xué)者作了大量的分析與研究。根據(jù)三塔懸索橋的構(gòu)造特點(diǎn)和力學(xué)特征，其適應(yīng)性一般表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①采用單跨懸索橋跨徑過(guò)大，主纜截面和錨碇尺寸過(guò)大，工程造價(jià)高，施工難度大；②橋位處有2個(gè)以上的通航孔或主通航孔偏向一側(cè)時(shí)，為避免錨碇設(shè)于水域中間；③對(duì)于水深較大、水面開闊且航道等級(jí)要求高的跨江（海）橋梁，可考慮采用三塔或多塔懸索橋；④具備適宜三塔懸索橋布置的地形條件，江底或河床斷面中間高，兩側(cè)低，適宜中塔布置。

    對(duì)于圖1所示的橋梁工程，特殊之處在于橋位距離機(jī)場(chǎng)較近，飛行高度的要求對(duì)建筑高度有嚴(yán)格限制，最高點(diǎn)高程須控制在154. 00 m以下。橋位處有主、副2個(gè)通航孔，通航凈寬分別為474m和274 m。橋梁方案應(yīng)同時(shí)滿足飛行高度和通航凈空2方面的要求�？紤]到大跨度拱橋的矢跨比一般為1／4～1／6，斜拉橋的高跨比一般為0.25左右，拱橋或斜拉橋方案無(wú)法滿足本橋的建設(shè)條件。綜合考慮通航要求、江中設(shè)置錨碇的不利因素，橋塔施工難度和工程造價(jià)等方面，主跨跨徑2×800 m的三塔懸索橋是最適宜的方案。

    計(jì)算采用橋梁非線性分析軟件BNLAS，全面考慮結(jié)構(gòu)幾何非線性因素的影響。主纜、吊索分別采用分段懸鏈線單元和空間膜單元模擬，加勁梁、橋塔采用空間梁?jiǎn)卧�模擬，有限元模型見圖2。汽車活載按8車道公路一I級(jí)荷載加載。經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，在汽車活載作用下，加勁梁最大上撓1. 950 m，最大下?lián)?/font>3.067 m，撓跨比為1／260.8，中塔主纜抗滑移系數(shù)為2. 177，表明結(jié)構(gòu)整體剛度和中塔主纜抗滑移均滿足規(guī)范要求。在結(jié)構(gòu)受力方面，最不利工況組合作用下，中塔最大壓應(yīng)力為230. 05 M Pa，最大拉應(yīng)力136. 92 M Pa;加勁梁最大壓應(yīng)力為167. 65 M Pa，最大拉應(yīng)力為125.23M Pa。因此，三塔懸索橋方案是合理可行的，表明三塔懸索橋在塔高限制條件下具有較好的適應(yīng)性。