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标题 混合梁斜拉桥结合段设计研究
范文 张春永
摘要:混合梁斜拉桥钢混凝土结合段作为混合梁设计中的主要控制部位为工程设计人员所关注。本文着重分析了国内混合梁斜拉桥钢混结合段特点,并介绍江西赣州飞龙岛大桥(A字弓型斜曲塔双索面混合梁斜拉桥)钢-混结合段设计要点。
关键词:斜拉桥钢混凝土结合段
1.国内混合梁斜拉桥发展现状
混合梁斜拉桥以其独特的构造与技术特点显示出其强大的生命力,在国外得到广泛的应用,国内虽起步较晚,但发展进度很快,在近年来国内设计并建成了为数不少的大跨度混合梁斜拉桥为:苏通长江大桥、香港昂船洲大桥、鄂东长江大桥、荆岳长江大桥、武汉白沙洲长江公路大桥、舟山桃夭门大桥、汕头礜石大桥、湛江海湾大桥、天津塘沽海河大桥、南昌洪都大桥等,这使我国在该领域的实践走在了世界混合梁斜拉桥发展的前列。但混合梁斜拉桥实例较少,因没有明确的计算理论及设计方法指导,且缺乏设计规范作为依据,这就需要设计人员在工程实践中要深入研究不断创新,以促进这种结构的进一步发展。
2.混合梁斜拉桥结合段设计特点
国内钢混结合段设计在本质及主要的功能都是在确保安全可靠的前提下,通过设置特定的构造形式和细部处理(主要是在钢壳体上设置抗剪连接件,内部填充混凝土,端部设置承压板,布置贯通的预应力索)完成从钢结构向混凝土结构进行结构和刚度的平顺过渡及荷载的均匀传递,但具体到每个桥,则根据各个桥梁的特点,在钢混结合段的设计上都有所不同。
2.1混合梁斜拉桥结合段设计的共同点
1)由于所有的桥梁钢混结合段设计都缺乏足够的理论支持,桥梁钢混结合段设计上都建立在:接合段的钢箱梁套在预应力混凝土箱梁之外,使全断面成为一体,钢箱梁的上、下翼缘板通过焊钉(剪力件)、摩擦、粘结与混凝土梁体牢固接合成为一体。
2)所有的桥梁钢混结合段部分都包括钢箱梁过渡段、钢混结合段和混凝土箱梁过渡段三部分,在钢箱梁过渡段与钢混结合段交界处设厚达几十毫米具有较大面外刚度的钢横隔板(承压板、分界板),满足在分界面上压力的传递。
3)混凝土箱梁过渡段一般为长约1m的实体或接近实体的预应力混凝土梁(箱梁)。
2.2混合梁斜拉桥结合段设计的不同点
由于现有的桥梁设计理论难于把握钢混结合段中剪力钉群(PBL剪力件)在复杂结构中对结构的贡献,所以剪力钉群(PBL剪力件)主要是作为安全储备布置在钢-混结合面(混凝土箱梁过渡段)内。因此,钢混结合段设计上通过各种构造措施将钢箱梁过渡段、钢混结合段和混凝土箱梁过渡段三部分视为一连续结构,主要注重于以下几方面:
1)通过改变钢横隔板为承压板和分界板两部分,对连续结构截面变化剧烈程度进行处理,但处理方式不同。
2)由于对剪力钉(剪力件)的受力认识的观点差异,剪力钉(PBL剪力件)数量及主要布置位置不同。
3)为改善顶底板的横向支撑条件,同时也为了提高对结合段核心混凝土的约束效应,设置的竖向隔板数量存在差异。
3.飞龙岛大桥钢混结合段设计要点
飞龙岛大桥位于赣州市中心,南接客家大道,北接文明大道,是规划中新、老城区之间的重要通道之一。工程总长1449m,其中主桥长230m,引桥长565m,接线道路长654m。桥址区属于河流冲积地貌,江心有一小岛为飞龙岛,岛上植被茂盛,两岸章江北大道和章江南大道为一级阶地,砂质河床,呈弯曲状。桥位处地质条件良好,表层为第四系地层覆盖,下伏基岩为白垩系粉砂质泥岩。飞龙岛大桥主桥为A字弓型斜曲塔双索面混合梁斜拉桥,为改善主塔受力,主梁根据结构需要采用钢与混凝土混合梁型式。
3.1本桥钢混结合段位置选择的主要原则
1)通过结构分析,本桥在活载和风载产生的横向和纵向弯矩较大,将结合段位置调整到主跨离主塔墩中心21.4m处,该处纵向弯矩较塔梁固结点处弯矩可减少60%左右,极大程度的降低了结合段构造设计的难度,预应力混凝土梁与钢梁连接位置选择在了弯矩和剪力较小的地方,并使得结构整体更为合理。
2)从施工方面考虑,本桥主桥主墩位于飞龙岛外滩上,如果深入章江过远,务必增加施工难度且一定程度上增加了施工工期。预应力混凝土梁深入主跨一般20m~40m为宜。
3)从经济方面考虑,本桥结合段位置深入主跨,主跨钢梁的长度可以相应的减少,从而控制了工程造价。
3.2钢混结合段构造设计
本桥钢箱梁横向宽29m,斜拉索锚点横向间距为24.2m。拉索锚点间为单箱四室截面,中间箱宽6.3m,边箱宽5.3m,共设置5道腹板,斜拉索外侧为横向托架支承桥面板;混凝土箱梁横向宽29m,两侧各设0.3m宽风嘴,采用单箱四室截面、截面外形与钢箱梁保持一致,箱梁顶面设2%的双向横坡,桥梁对称中心线处梁高2.5m。
飞龙岛大桥结合段设计最终采用改进型承压板方案(日本生口桥、汕头礜石大桥),即通过钢梁端部的超厚承压板将钢梁端部的力传递给混凝土横梁,承压板采用60mm厚钢板。过渡段钢箱梁将顶板、底板加厚至16mm,采用“U”肋上加焊“T” 肋方式进行加劲,通过“T” 肋高度的改变,逐渐变化至与标准梁段加劲肋相匹配,以保证传力连续性。为保证混凝土梁及钢梁之间的剪力传递以及防止钢板与混凝土之间的剥离,除在顶底板、承压板上布置圆柱墩头剪力钉外,还在钢箱梁顶底板上加焊PBL传剪板埋入混凝土内。结合段预应力设计采用预应力钢绞线与粗钢筋相结合的方法,混凝土梁纵向预应力通过承压板分匹锚固在端承压板或钢箱梁横隔板上。

4.结语
混合梁斜拉桥以其独特的构造与技术特点显示出其强大的生命力,但由于国内关于混合梁结构的设计思路仍未完全统一,且国内的研究资料较少,设计过程中须选定合理的主跨与边跨比例关系、确定合理的钢混连接位置,并对钢混结合段各种结构部件受力状态和作用机制进行有限元分析,最大限度地发挥混凝土的作用,使之既能满足受力要求,又能达到经济合理且利于施工的目的。
目前,国内外混合梁曲塔斜拉桥的实例较少,飞龙岛大桥的建设为相关工程提供了很好参考,将进一步促进我国类似桥型的发展。◆
参考文献:
[1]严国敏.现代斜拉桥.西南交通大学出版社,1996;
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更新时间：2025/3/22 14:37:05