斜拉飞燕拱组合桥的技术特点VIP免费

斜拉飞燕拱组合桥的技术特点王庭正(中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北武汉430063)摘要:斜拉飞燕拱组合桥是将斜拉结构与飞燕式拱相组合而形成的一种全新的桥梁结构体系,这种体系充分发挥了索拱相互作用、共同受力的特性,在兼具了斜拉桥和拱桥优点的同时又形成了自身独特的技术特点。结合湘潭市莲城大桥,详细介绍该桥式8个方面的技术特点。关键词:斜拉桥;拱桥;组合结构;技术特点中图分类号:U448.22;U448.27文献标志码:A文章编号:1671-7767(2009)02-0027-04收稿日期:2008-07-03作者简介:王庭正(1965-),男,高级工程师,1988年毕业于西南交通大学土木工程系铁道工程专业,工学学士,1991年毕业于西南交通大学岩土工程研究所地基基础专业,工学硕士(E2mail:whwtz@vip.sina.com)。1前言拱是一种古老、独特的结构型式,历史悠久,有着优美细腻的造型,可以清晰地展现出力流和美学的外观[1]。相对拱桥而言,斜拉桥的历史要短得多。斜拉结构和拱结构的组合则是在计算手段高度发展的现代社会桥梁建筑师大胆构思、勇于探索的产物。湘潭市莲城大桥主桥斜拉飞燕拱组合体系(见图1)正是这一创新构思的具体实践,其结构新颖、造型美观,既展示了拱桥与斜拉桥的特点,又使两种桥型的优点得到相互补充。本文结合湘潭市莲城大桥,主要介绍该桥几个突出的技术特点。图1莲城大桥主桥斜拉飞燕拱立面2斜拉飞燕拱组合桥的各项技术特点2.1斜拉与拱结构组合体系1927年,在跨越哈德逊河的桥梁方案中,G.G克利沃夏曾提出过拱-悬索桥的组合方案(见图2),当时给人一种耳目一新的感觉。在直布罗陀海峡桥的研究方案中,T.Y.Lin提出了5000m跨斜拉-悬索桥方案[2],见图3。斜拉-拱组合桥则在最近几年才被桥梁工程界提出。2000年,有文献对斜拉-拱桥的组合结构方案进行了构思[3],提出了3种斜拉-拱桥方案,见图4,但未进行深入的研究。2002年马来西亚建成了当时世界最大跨度的图2拱-悬索桥组合方案图35000m跨斜拉-悬索桥方案图4斜拉-拱桥构思斜拉-拱桥———普特拉贾亚城(Putrajaya)桥[4],该桥跨度为300m,见图5。由图1和图5可知两者的主要区别:普特拉贾亚城桥的中跨斜拉索锚固在桥面上,与吊杆组成“并联”结构,分别将部分桥面荷载传递给拱肋及桥塔。莲城大桥主桥的斜拉索锚固在钢管混凝土拱肋上,斜拉索、拱肋及吊杆组成“串联”结构,共同将部分桥面荷载传给桥塔;另一部分桥面荷载则通过吊杆传给拱肋进而传给拱座基础。因此,莲城大桥是以拱结构受力为主、斜拉索受力为辅的一种新型的组合结构。72斜拉飞燕拱组合桥的技术特点王庭正图5马来西亚的普特拉贾亚城桥其实,这种拉索和拱的组合结构并不陌生,大跨径拱桥在形成拱肋的施工过程中就有千斤顶斜拉扣挂法,这里的拉索只是临时构件,通常在拱肋(圈)合龙后放松千斤顶释放拉力。拉索在施工拱桥中有诸多优点,如果在拱肋形成直至完成拱上建筑后拉索仍不拆除,这就成了一种新结构———斜拉-拱组合结构。斜拉-拱组合结构的主要受力构件为拉索、拱肋、桥塔,拉索和拱肋就像斜拉桥的拉索和主梁一样永久组合在一起共同受力。2.2斜拉飞燕拱组合桥体系构成及荷载传递路径斜拉飞燕拱组合桥是由斜拉桥与飞燕式系杆拱桥按受力要求有机组合而成的一种新型桥式结构,主要由边跨主梁、三角区主梁、主跨桥面系、桥塔、边拱、主拱、斜拉索、吊杆、系杆及拱座、墩与基础组成,见图6。图6斜拉飞燕拱组合桥结构体系组成参考斜拉桥及中承飞燕式拱桥的结构体系,湘潭市莲城大桥斜拉飞燕拱组合桥式结构体系的要点有:①边跨主梁与桥墩设置纵向活动支座。②在边拱与边跨主梁的结合处,考虑传递水平力的需要,采取固结模式。③在三角区主梁与主跨桥面系结合处,为减少整体结构温度力的影响,采用了铰接模式。这样跨中桥面系就形成了相对独立的悬吊系统,桥面构造相对较为简单,方便施工。④在三角区主梁与主拱的连接方式上,进行了固结与铰接的比较分析,计算结果显示,固结模式下,三角区梁部弯矩在正常使用组合Ⅱ(主力+附加力,考虑温度力)下会增大,考虑到固结模式在节点构造上处理较为复杂,综合考虑桥面布置以及主拱受力等因素,最后选择了铰接模式,即在主拱两肋间设钢横梁,主梁通过纵向活动支座支承在横梁上,主梁与拱肋内侧间设横向限位支...