某景观折线斜塔斜拉桥结构设计要点分析张景尧 1 徐艳玲 2 王鑫 2 刘慕清 2(1. 曹妃甸工业区基础投资有限公司；2. 北京市市政工程设计研究总院) 摘要：温榆河大桥采用“混合梁折线斜塔斜拉桥”这一独特的结构型式，跨径组合为 100m+50m本文充分分析结构行为特征，对结构体系和主要受力构件进行详尽的设计处理， 以实现结构受力与景观要求的有效统一，为今后同类桥梁的设计、施工提供了宝贵经验 关键词：景观桥梁 桥梁美学 混合梁 斜塔斜拉桥Analysis on Design Characteristics ofCable-stayed Bridge with Kinked and inclined PylonZhang Jingyao, Xu Yanling, Wang Xin, Liu Muqing(Tangshan Caofeidian Development Investment Group CO.LTD， 063200; Beijing GeneralMunicipal Engineering Design & Research Institute， Beijing 100045;)Abstract: Wenyuhe Bridge is a new kind of cable-stayed bridge, with a kinked single pylon and a hybrid Girder, which span-length is arrangement of (100+50) m. In this paper, detailed study is made on the structural behavior characteristics and an overall design have been put out for structural system and main bearing members, in order to achieve the harmony and unity of the structural and landscape requirements, that can also provide valuable references for design and construction of similar bridges.Key words: Landscape Bridge, Bridge Aesthetics, Hybrid Girder, Inclined Pylon Cable-stayed Bridge1.前言温榆河大桥采用“混合梁折线斜塔斜拉桥”这一独特的结构型式，其跨径组合为100m+50m。
桥塔采用折线形式，其主塔断面尺寸与下塔柱倾角协调，且与景观设计相近； 主梁采用创新型混合梁，主跨79m采用钢主梁，为双边箱形式；其余主梁采用混凝土主梁， 为单箱多室结构；混凝土主梁与钢主梁间设置2m结合段，实现材料、结构刚度及结构受力 的平顺过渡设置于边跨的不规则拱形飞燕拱肋不仅满足景观的要求，还可给端横梁提供较 大配重，在实现主、边跨受力平衡的同时，有效改善了混凝土侧端横梁的受力温榆河大桥的设计具有较大的创新和突破，达到同类技术的国内领先水平，为今后同类桥梁的设计、施 工提供了宝贵经验2.工程概况温榆河大桥桥位处地震加速度为0.2g, III类场地；场地桩基主要持力层为细、中砂 桥梁标准段全宽41m,根据规划及现况河道断面形态，并结合桥址周边景观环境定位的需求, 该桥设计为塔高75m的独塔有背索双索面斜拉桥，跨径布置为100m+50m结构为墩、塔、 梁固结体系,受力明确、构造简单为满足景观及受力要求,主塔向边跨侧倾斜约77° 主梁设计为钢－砼组合梁纵向受力体系，有利于平衡主、边跨跨径相差较大对整体结构受力 带来的不利影响主跨侧设置8对拉索，梁上拉索间距为9.0m,边跨侧设置2对背索，均 锚固于端横梁处。
II图1 桥梁整体布置图（单位：cm）3. 桥梁结构设计要点本桥结构设计在充分尊重并实现景观创意的同时，进行多方案、多种结构形式的论证及 比选，实现了力与美的和谐统一大桥设计过程中，主要进行了结构体系、主塔倾角、主梁 形式、飞燕拱肋布置等项目的细节设计及计算验证3.1 结构体系的选择斜拉桥上部构造的各种荷载是通过支承体系直接传递到下部结构，支承体系的布置对斜拉桥的结构性能影响很大，必须在全桥总体布置及构造设计之前予以充分考虑对于斜拉桥的基本体系按力学性能划分有漂浮体系、支承体系（半漂浮体系）、塔梁固结体系以及刚构体系四种，先将这四种支承体系的优缺点及适用条件比较如下：表 1 结构体系比较飘浮体系支承体系塔、梁固结体系刚构体系简图1必\[ \A 影\\受 力 模 式墩塔固结、塔梁分离， 主梁除两端有支承外， 其余全部用拉索悬吊， 是具有多点弹性支承 的单跨梁墩梁固结、塔梁 分离采用这种体 系时，主梁为具有 多点弹性支承的 两跨连续梁塔梁固结并支承在 墩上墩、塔、梁固结体 系 优 点主梁无明显弯矩峰 值；温度及收缩徐变内 力较小；抗震性能较 佳主梁为具有多点 弹性支撑的连续 梁，较经济、美观。
可有效降低塔墩弯 矩；减少主梁中间段 的轴向拉力形成跨度内具有多 点弹性支撑的刚 构，结构的整体刚 度好，主梁挠度小体 系 缺 点施工时需临时固结，抵抗不平衡弯矩和纵向 剪力塔柱处主梁负弯 矩峰值较大，温 度、收缩、徐变内 力较大连续梁支座至少有 一个纵向固定；两侧 不平衡索力造成桥 塔弯矩过大主梁固结处负弯矩大，较适合与独塔斜拉桥本 桥 适 用 分 析需要设置较大的止推 装置；无索区较长且无 索区桥面过宽，结构不 能成立塔柱两侧拉索水 平力不平衡，需在 主梁与塔柱横梁 间设置止推装置主塔处支座墩位巨 大，支座的设计、施 工、维护及后期更换 难度太大，因此不宜 采用免除了大型支座， 又可满足悬臂施工 的稳定要求，适用 本桥通过上述比较，鉴于本项目对桥梁景观有特殊要求，综合考虑多方面因素，确定本桥采用整体刚度较好的并能克服本桥型两侧索力不平衡问题的墩、塔、梁固结体系——刚构体 系3.2 主塔结构设计主塔为该桥梁结构的主要承重构件，全桥结构恒载及活载通过斜拉索传递给主塔，然后经由主塔传递至下部基础本桥主塔线形及断面形式的确定原则是：① 主塔的整体线性及断面尺寸应与景观设计提供的效果图相近；② 本桥主、边跨跨径差距较大，在折线形的桥塔折点处会出现弯矩峰值。
在主梁形式确 定后，为保证主跨主梁的受力情况，主跨侧拉索索力基本确定，塔柱受力虽然可以通过调整 边跨侧拉索索力进行调整，但考虑本桥背索设计为梁端锚固，背索所里可调幅度有限，因此 在设计时应保证在塔柱折点处截面具有一定的抵抗强度；③上塔柱截面设计应满足结构受力的要求，同事应满足斜拉索锚固的构造要求图 2 主塔线型及断面示意图综合上述因素，确定主塔采用矩形薄壁空心截面，下塔柱根部截面尺寸为8 mX4 m,线 形渐变至主塔汇合处，尺寸为3.5mX3.0m，壁厚1.0m，上塔柱尺寸由3.5mX6.0m渐变至 塔顶 7.5mX6.0m，壁厚 1.2m主塔的线形直接影响结构内力的分配及大小，选择合理 的线形，使结构在恒载作用下拉索索力在塔柱与主梁相交处 产生的弯矩与主塔倾斜在这一点产生的弯矩相等，这时主塔 只承受轴力，而无弯矩及剪力作用，应力均匀，能充分利用 材料强度由此可得本桥主塔的合理倾角B心80°，而本桥 景观设计塔柱线形为主塔与主梁之间存在约77°的斜交角 考虑到在活载作用下，塔柱受力与恒载作用下方向相反，且 塔柱截面较大，自身有较大承载能力，因此主塔倾角仍采用 B ~77°当斜拉索锚固于箱梁梁体时，主梁局部构造复杂且需要 较大的箱梁梁高；当锚固于主梁梁体之外时，梁体局部构造 复杂且换索时需搭设临时支架；本次设计，考虑到景观及结 构要求，将斜拉索锚固于上塔柱，为满足上塔柱受力要求在 锚固区内设置环向预应力加强构造。
3.3 主梁结构设计本桥主跨主梁跨径100m,边跨主梁跨径50m,主、边跨主梁跨径差距较大，为保证主 梁及塔梁固结处的受力平衡，主跨侧拉索索力大于边跨侧拉索索力，而折线型的索塔，在塔 柱上、下折点处产生弯矩峰值，由于主、边跨索力差别较大，塔柱折点处的弯矩峰值也相应 增加；由于背索设计为梁端锚固形式，避免塔梁结合处弯矩过大及边跨支点出现负反力，背 索索力不宜过大综合考虑，要求主跨主梁的自重应小，边跨主梁的自重应较大，如此方能 满足桥塔折点处受力要求及保证边跨支点不会出现负反力表 2 主跨主梁材料不同时主塔内力比较表主梁类型主梁自重塔柱上折点弯矩混凝土主梁22.1kN/m2290508kN.m钢混叠合梁11.3kN/m2141534kN.m钢主梁双边箱4.4kN/m238781kN.m整体箱梁5.3 kN/m259153kN.m由于桥型为独塔双索面斜拉桥，结构受力对主梁的抗扭刚度要求较低，因此主跨主梁拟 采用单箱双室箱形断面，以最大限度的减小主梁自重；边跨主梁拟采用单箱多室断面，以其 较大的自重与主跨主梁相适应受桥梁跨径布置（主、边跨差距大）及索塔形式（折线形索 塔）的制约，主跨主梁的自重应小，边跨主梁的自重应较大，如此方能满足桥塔折点处受力要求及保证边跨支点不会出现负反力，因此等高段主跨主梁（长79m）采用Q345qD钢材预 制箱梁，其余主梁采用 C50 现浇预应力混凝土梁。
由于主跨钢梁采用双边箱形式，为保证主梁刚度过渡平顺，结构传力顺畅，与之相接混 凝土主梁一般仍采用双主梁形式，其具体布置见图4但混凝土主梁设计需构造简单、受力 合理，考虑混凝土主梁自重较大，采用整体箱梁较为合理，其具体布置见图5图 4 双边箱混凝土主梁构造图 5 整体混凝土箱梁构造边跨侧主梁设计为单箱八室预应力箱梁，C50混凝土，梁高2.50m,在塔根部区域加厚为4m,箱梁底宽33.5m,顶宽41.0m顶板厚25〜40cm,底板厚22〜60cm,腹板厚度50〜75cm，腹板内设置纵向预应力钢筋图 6 混凝土主梁横断面示意图主跨侧主梁采用单箱双室钢箱梁，Q345qD钢材，梁高2.5m,两片箱梁通过横梁和桥面 板连接形成整体钢箱梁顶板钢板厚14mm,下设U型加劲肋，底板厚16mm,腹板厚12mm, 钢混结合段及拉索锚固区钢板均采用28mm加强全桥钢主梁共长79.0m图 7 钢主梁横断面示意图3.4 钢砼结合段设计结合段设计是混合梁的关键部位，要求设计对各种荷载产生的轴力、弯矩、扭矩和剪力 的传递顺畅可靠，在荷载作用下具有一定的承载安全贮备，刚度过渡良好，耐久性好，抗疲 劳性能好，力求减小应力集中。
本桥设计结合段为混凝土截面，其腹板与底板外包钢板与钢箱梁一致，形成外包钢箱梁； 为了结合段与两端过渡均匀，在结合段端部设置了过渡段；为保证结构过渡连续，混凝土段 的纵向钢筋伸入结合段，结合段顶板的上层纵向钢筋与横向钢筋焊接结合段内钢梁腹板、端横隔板混凝土侧、纵向隔板布置剪力钉，纵向隔板侧设置PBL 剪力键，底板纵向加劲肋上开孔，钢筋通过以形成PBL剪力键，钢箱梁过渡段按通高设置 隔板，本方案剪应力主要由PBL剪力键来传递，PBL剪力键在国内外已经有了很多工程实 例，如日本鹤见航道桥、广东佛山平胜大桥、南京长江第三大桥等2C-Dx2CO丿化• , ! nl^ri IjJ ＜：a|[i-i.L： - J, ：%|I：：。