桥梁设计思考： 一个新的想法VIP免费

1图1桥梁设计思考：一个新的想法关于部分缆索承重梁桥的新设计理念，对桥梁设计在经济和美学方面都带来了新的发展空间。邓文中，林同棪国际董事长这张照片背景上的桥梁勿庸置疑是非常漂亮的。事实上看到她的人确实都非常喜欢她。但是这个设计方案采用的钢箱梁价格太高了，使得她的造价是所在城市难以负担的。为了使这座优雅别致的桥得以实现。我们不得不寻找方法降低造价。这是一个宏伟的斜拉桥，塔和梁都是采用的钢结构。在中国建桥的地方，钢梁的价格一般是混凝土梁的2.5倍，但混凝土梁的自重却是钢梁的3倍。使用混凝土梁可以降低造价，但同时也加大了自重，所以就必须相应增加桥塔的尺寸，这样不论从经济还是美观上来说都是不合算的。所以，我们可以通过进一步深化“部分斜拉桥”的理念来解决这一难题。世界上所有的桥梁通常可以分为四种基本类型：梁桥、斜拉桥、吊桥（悬索桥）和拱桥（如图1）。对于梁桥，梁是自承载的；而其他三种类型的桥，梁是由缆索和拱肩支撑的，所以梁一般都比较柔，几乎完全依赖缆索来承担所有的力，包括梁的自重和各阶段的荷载。对于斜拉桥和吊桥（悬索桥），荷载由缆索传递到桥塔上，再通过桥塔最终传递到基础上；对于拱桥，荷载是通过索和拱肩传递到拱轴上，最后传到基础上的；这三种形式的桥都是由缆索作为主要承重体，梁是次要承重体，因此统称为缆索承重桥。但实际上，梁也是桥梁结构的重要角色，尤其是对于中小跨径的桥。那我们是否可以把这两部分结构的角色互换一下呢？这样就能够充分发挥梁的作用了，这就是“部分缆索承重桥”的理念。在这种理念下，我们可以在设计中使用预应力混凝土梁来控制预算。2以下是具体的结构原理：对于中等跨度的梁桥，有一个纯经验的标准：墩顶处的预应力混凝土梁高大概是桥跨的1/20左右。即100m的跨度的梁桥，墩顶处的梁高大约是5m。对于连续梁，这个高跨比可以达到1/26。所以梁高比较小的梁桥，梁一般需要一些附加的支撑。矮塔斜拉桥就是一个典型的例子，他的梁高一般远远低于跨度的1/26，因此，附加的索支撑就尤为必要了。对于其他三种类型的桥，梁上的荷载主要是由索承担的，这样梁的高度就并不完全由桥跨决定的了，而是取决于其结构形式和其他的特定因素。例如，斜拉桥的常规设计思路是拉索承担所有的恒载和大部分活载。只有恒载作用下时，梁基本不受力，只会产生非常小的弯矩。活载作用下时，仅仅是因为刚度的原因，梁才会承受部分的弯矩。在这样的理念下，梁一般都会设计的很柔，目前已建斜拉桥中，大部分也都如此。常规斜拉桥的跨度与梁高之比可以达到350，悬索桥则可达到600或者更高。由于拉索几乎承担了梁上所有的荷载，梁的刚度对于桥梁的受力行为也就不是特别重要了。部分缆索承重桥的理念是通过使用拉索来增加梁的强度，使依靠梁自身强度不能满足期望跨径的桥可以达到设计要求。根据梁的承载能力的不同，梁上附加支撑的也是种类繁多：有拉索支撑、与悬索连接的吊杆支撑和与拱连接的吊杆支撑。具体分类，一共有三种不同的部分缆索承重梁桥：部分承重斜拉桥（简称部分斜拉桥）、部分承重悬索桥（简称部分悬索桥）和部分拱承桥。每种类型的含义就如同他们的命名。当然，同种类型的桥并不意味着就完全相同，也可以延伸出很多的变化，部分支撑就既可表示有一部分的梁具有索支撑，也可表示全部的梁都由索承担一部分的荷载。现在回到我在本文开头提到过的那座桥——台江大桥（图2），该工程位于福建省三明市沙溪河上，为了满足当地通航要求，采用了2×110m的主跨布置。业主希望台江大桥能够成为一座在中国具有图23一定影响力的、标志性的桥梁。林同棪国际重庆工程咨询有限公司承担了该桥的设计。该桥两端要求平接已有的市政道路，因此桥两端的高程是固定的；该桥要满足比较大的人行及非机动车交通流量，因此桥梁纵坡也不能太高；另外，桥梁必须高于当地的最高洪水位，这些限制条件就决定了梁高必须比较小。除此之外，因为桥面比较接近水面，梁如果比较厚的话看起来也不美观。从效果图上可以看出，我们最初提供的钢箱梁的设计方案可以满足除造价之外的所有要求。我们设计的这座桥塔，如果采用钢箱梁和正交异性...