1、EXTRADOSEDBRIDGE系列介紹JMId応矮塔斜拉橋的概念和特點簡介矮塔斜拉橋的概念矮塔斜拉橋的特點4矮塔斜拉橋與一般斜拉橋的比較矮塔斜拉橋的概念和特點簡介隨著PSC橋梁的設計向著大跨發展，設計上越來越注重口重的減少、主梁的輕型化、施工性能和經濟性能的提髙、維護管理水準的提高，橋梁形式與外觀上注重與周邊環境的諧調，注重建設具有城市標志性特征的橋梁。但是出于安全性方面的考慮，長期以來設計人員偏向于選擇經驗上安全可靠且經濟性能較好的已有的橋梁形式，這樣必然束縛了新型橋梁形式和新技術在國內的應用和發展。一般在100m以下的中橋采用預應力箱梁結構形式的較多，200m以上采用一般斜拉橋形式的較為

2、普遍，在lOOmPOOm跨度的橋梁上鋼筋混凝上橋梁相關實例較少，因為城市標志性或景觀的要求，過去大多選用了一般斜拉橋的結構形式，而沒有考慮到經濟性及下部施工費用的増大等問題。考慮到經濟性、施工性，對1001205跨度的橋梁采用介于預應力箱梁橋和一般斜拉橋之間橋梁形式比較合適，從而導入了兼有梁橋和斜拉橋優點的矮塔斜拉橋(EXTRADOSEDPSCBridge)形式。圖1.矮塔斜拉橋預應力箱梁的預應力鋼筋的偏心量被局限在箱梁截面以內，所以當跨度較大時，截1何高度和結構口重會隨之增加，而矮塔斜拉橋相當于將預應力鋼筋布置在箱梁有效髙度以外，相對于一般預應力箱梁橋，其口重和預應力鋼筋數量都較小。另一方血

3、與一般斜拉橋相比，各索之間應力變化較小，可顯著降低索塔髙度。所以說從經濟性和性能來說矮塔斜拉橋比較適合于100m200m跨度的橋梁中，是一種新型的橋梁形式。矮塔斜拉橋的概念2.1體外張拉EXTRADOSED的意思是“體外加強”，是1988年由法國的JacquesMathivat提出的體外張拉的橋梁形式。從前的鋼筋混凝上預應力梁和箱梁大部分采用體內束張拉方式，隨著技術的進步和材料的發展，設計人員開始尋找可以減輕上部結構重量、延長橋梁跨度的新的技術和橋梁形式，將鋼束轉移到體外的大偏心索橋就是其中一種。大偏心索橋的使用是為了改善跨中正彎矩和支座負彎矩，一般箱梁橋因為施工性、地形、景觀等限制偏心梁的設

4、管受到了很大限制，而大偏心索橋可以較口由地設管偏心雖:。大偏心索橋根據主梁和拉索的功能分為以下三種。1）主梁依賴型恒荷載主要由加勁梁承擔，體外索主要負擔使用荷載。設計荷載引起的索力變化比較小的一般體外索橋和塔突出橋面較小的大偏心索橋屬于這種類型。2）拉索依賴型恒荷載和使用荷載主要由拉索承擔的斜拉橋屬于這種類型。3）主梁與拉索協同型恒荷載和使用荷載由拉索和主梁共同承擔的索塔墩突出橋面一定程度的大偏心斜拉橋，即矮塔斜拉橋屬于這種類型，又稱為大偏心索橋。2.2矮塔斜拉橋的外形矮塔斜拉橋依靠在索塔上設置的變向裝置(Deviator)轉換相鄰跨體外索的方向，與一般斜拉橋和預應力箱梁橋的外形和結構特點對比

5、參見圖2和圖3。橋梁卜部嗾覺較沉啦格體塊的感覺橋梁卜部嗾覺較沉啦格體塊的感覺圖2.矮塔斜拉橋的外形概念圖圖3矮塔斜拉橋的結構概念圖2.3矮塔斜拉橋的分類矮塔斜拉橋根據體外索是否用鋼筋混凝上包裹可分為斜板型（參見圖4）和斜拉體外索型慘見圖5）。世界最早的矮塔斜拉橋是瑞I:的Ganter橋，是斜板型矮塔斜拉橋，日本最早的矮塔斜拉橋小田原橋是斜拉體外索型。斜板橋有較多的工程實例，斜拉索有更高的安全度，結構和防震性能均較好，但同時因為I重的増加引起地喪時慣性力的增大，收縮和徐變的反應也變得復雜，且無法更換預應力鋼筋，所以這種橋梁有逐漸減少的趨勢。圖4斜板型（Ganter橋，瑞士）圖5.斜拉體外索型（小

6、田原橋，日本）矮塔斜拉橋的特點3.1梁高矮塔斜拉橋是由主梁承受主要外部荷載，體外索引起大偏心彎矩從而改善結構性能的橋梁形式，與主梁支承在拉索上，主梁只需具有最小剛度即可的一般斜拉橋不同。一般斜拉橋的梁高與橋梁跨度無關，梁高取2.0、2.5m,般預應力箱梁橋的梁高為L/15L/17,而矮塔斜拉橋的梁高在支座位置為L/30L/35、跨中位管為L/50L/60,梁高慕本上介于一般預應力箱梁橋與矮塔斜拉橋的梁高之間（參見圖65和圖76）。因此在施匸上部結構時，基本上可采用一般的懸臂法施匚方案。最丈跨度換算跨度圖6.最大跨度與主梁混凝上平均厚度關系最丈跨度換算跨度圖6.最大跨度與主梁混凝上平均厚度關系圖

7、6.換算跨度與PS鋼筋雖關系探換算跨度：三跨橋梁按最大跨度計算，兩跨橋梁將跨度乘18倍，按二跨計算決定梁髙和橋形時，要考慮橋梁整體的輕巧口然，力傳遞的順暢，突出矮塔斜拉橋的特點。3.2主塔矮塔斜拉橋主塔的髙跨比（主塔髙度/中間跨長）為1/81/12,比一般斜拉橋的1/5要小。因為斜拉橋的拉索是為了支承主梁，而建塔斜拉橋的體外索是為了提高有效偏心位置，所以矮塔斜拉橋的主塔高度不需要很髙。與一般斜拉橋相比矮塔斜拉橋的主塔髙度的優點如下：1）因為體外索張力的豎向分力較小，活荷載作用下體外索的應力變化相對一般斜拉橋拉索要小，所以受疲勞的影響較小。另外因為主塔的軸力也相對較小，所以不必設置防止屈曲失穩的

8、橫向聯系梁。沒有橫向聯系梁，在今后的維護管理時不必在車道上部空間作業。2）主塔簡單化提高了施工性，并可以減少體外索的間距。3）體外索錨固時角度較小，便于注漿。4）主塔輕型化提高了耐震性能。設計主塔時注意賦予彖征性意義，并且注意與周邊環境和周邊橋梁的諧調性。主塔過高則接近于斜拉橋，缺乏橋梁形式的新穎，也減少了力向順橋向傳遞的流暢感覺。另外，主塔高度影響到體外索布置的復雜程度和橋梁上部空間的開放性，應將主塔高度控制在體外索張力變化不大的范圍內。主塔形狀一般可設計成直立或V字型。雖然也可以彖一般斜拉橋那樣在主塔頂部設置橫向聯系梁，但為了減少橋梁上部空間向下的壓迫感覺，一般可不設置橫向聯系梁。直立形狀

9、的主塔雖然可以給人簡潔、安全的感覺，但缺乏上部空間的開放性：V字形的開放性較好，但較復雜且給人的安全感相對較低。3.3體外索的應力變化和安全度雖然矮塔斜拉橋與一般斜拉橋均使用體外索，但體外索的安全度卻分別為1.67（0.6fQ和2.5（0.4fpu）,相差較大。矮塔斜拉橋的安全度與一般梁橋的預應力鋼筋相同，但一般斜拉橋考慮到恒荷載與活荷載的比值、活荷載作用下的應力變化、次應力的彩響以及應力的不均勻性等,需要提高設計安全度。一般來說，矮塔斜拉橋與一般斜拉橋相比，活荷載引起的體外索的應力變化較小。體外索的應力變化受主梁的剛度、邊界條件以及主塔高度的影響。矮塔斜拉橋因為主塔高度較低，體外索的豎向伸長

10、量較小，主梁的剛度又較大，體外索負擔的外部荷載相對較少，所以體外索的應力變化較小。根據對已建矮塔斜拉橋的調査，矮塔斜拉橋的體外索的豎向分配律p（體外索承擔的荷載/所有豎向荷載）約為30%,應力變化幅度約為5kg/mm:。該變化幅度小于CEB-FIP建議的8kg/mm:,也小于文獻中建議的7kg/mm:,所以可以使用一般預應力鋼筋的容許應力標準0.6仏。與疲勞應力變化幅度較大的一般斜拉橋的拉索的容許應力為0.4兔相比，矮塔斜拉橋體外索的應用效率較髙。以次為依據，提出了判斷體外索容許應力的公式（參見圖7）,該公式滿足目前已運行的一般斜拉橋的拉索的安全度，同樣也適合與矮塔斜拉橋。0.6ypu0.4/

11、pu圖7.體外索安全度0.6ypu0.4/pu圖7.體外索安全度3.4體外索的布置體外索的布置由側面形狀可分為輻射型、扇型、豎琴型，根據體外索支承面分為單面和雙面。矮塔斜拉橋一般使用雙而扇形或雙面豎琴型形式的較為普遍。兩種布置類型的比較參見表1九表1扇型和豎琴型的比較項目扇型豎琴型形狀、1hin.niifJ|n1.景觀效果好1.體外索平行，形式簡潔盤觀2.主塔較低時，不能充分體現視覺效果2.力的傳遞給人感覺較為安全評價3.一般斜拉橋較為有效的形式3.體外索形成而的感覺，比較新穎1.體外索的合力點較高，預應力效果好1.體外索合力點較低，預應力效果相對丁結構2.主梁上產生的軸力較小鬧型較差評價3.

12、體外索較長2.主梁上產生的軸力較小4.對丁豎向荷載，剛度較大3.體外索在主塔上錨周較容易3.5體外索在主塔上的錨固方法體外索在主塔上的錨固方法分為分離錨固方式和貫通錨固方式，按能否替換分為可替換和不可替換的方式。使用不可替換的方式時要使用抗損傷能力強和耐久性強的材料，并且需要細致的維護管理，因此使用可替換方式的體外索較為普遍。分離錨固方式當采用可替換體外索方式時，為了保證錨固區域、再張拉、替換體外索等作業的空間，一般需要加髙主塔髙度或加寬寬度，但如果使用不可替換方式且在主梁處進行張拉作業時，不需要太大的作業空間，可以布置成與貫通錨固方式同樣的形狀。貫通錨固方式一般使用于使用索鞍(Saddle)

13、的鋼筋混凝土橋墩，因為可以根據混凝土承載能力調整拉索的布置，所以可以充分發揮張拉力的效果。使用索鞍可以提髙主塔的施工性，有利于到保證大偏心，但因為左右張力的差異，索鞍可能會移動，當采用可替換的體外索時，需要考慮作業空間和特殊措施。表2體外索主塔頂部錨固方法項目貫通錨固方式錨固裝置分離錨固方式分離裝置連接錨固錨固方式特征1.2.3.賀通實體布置1.在出主塔處固2.定左右張力差町以減少索的錨固長度因為索的最小彎曲半徑的限制.鋼束的幅項目貫通錨固方式錨固裝置分離錨固方式分離裝置連接錨固錨固方式特征1.2.3.賀通實體布置1.在出主塔處固2.定左右張力差町以減少索的錨固長度因為索的最小彎曲半徑的限制.

14、鋼束的幅度受到限制貫通實體布置1.需要驗舜索錨2.囲位置間隙引起的扭矩錨固于中空截面1.為了抵抗索張力2.引起的街面受拉.需要用鋼材或預應力鋼筋加M可以減少索的錨3.錨固于中空截面索張力引起的錨固位置截面張力由鋼梁承擔,預防主塔產生拉力。截面稍大固長度今后檢直索錨固位置比較容易3.6體外索的防銹體外索防銹方法采用最多的是用套管包裹后，在體外索和套管之間灌注填充劑。作為第一層防銹裝置的套管有銅管、不銹鋼管、鋁管、聚乙烯管以及玻璃鋼管等。使用不銹鋼管時，為了防止電銹蝕，需要做絕緣處理：因為鋁與水泥會發生化學反應產生氧氣，使索發生脆性破壞，所以使用鋁管市，不能用水泥做填充劑。作為第二層防銹裝置的填充

15、劑一般有水泥漿、樹脂油脂、石蠟以及聚氨酯等。一般來說，考慮到工程實例、施工性、經濟性等，使用聚乙烯管以及玻璃鋼管注入水泥漿的方法是較為普遍的方法。在腐蝕較嚴重的環境下，一般會在注漿前做好索的防銹、注漿后為提高耐久性用環氧樹脂包裹。不管使用那種防銹方式，索的耐久性由第一層防銹裝管套管決定，但考慮到不會有永久的保護套管，盡雖:應采用可以更換索的保護裝置。矮塔斜拉橋與混凝土斜拉橋的比較如前所述，將矮塔斜拉橋的特點以及與鋼筋混凝上斜拉橋的比較結果整理成表3。表3矮塔斜拉橋與鋼筋混凝上斜拉橋的比較項目浪凝土斜拉橋矮塔斜拉橋結構最大跨度Skarnsundet橋（挪威1991年），主跨530口木曾川橋（日本

16、,2000年）,主跨275m索索支承著加勁梁，產生豎向分力通過索的大偏心布置，給主梁施加預應力主梁承受索支承點間的荷載輔助作用梁高為20、25m與橋梁跨度無臺大關系梁高較低.可以駅大限度保證梁下空間承受上部大部分荷我梁高為：L/30、L/35（支座）L/50、L/60（跨中）粱高與跨度有關,一般介于斜拉橋和梁橋的梁高之間，比一般梁橋的梁高要低主塔塔高與橋跨度比：L/3、L/5主要采用分離錨固塔高與橋跨度比:L/8、L/15主要采用索移賁通錨周設計索因為活荷裁引起的應力變化較大，需要考慮疲勞的彫響應力變化幅度為:5、13kg/m:容許應力：fr.=0.4務沒有自身張拉應力損失因為活荷裁引起的應力變化較小.疲勞的影響較小應力變化幅度為:1.53.8kg/mm:容許應力:fu=0.6需驗舜預應力損失中松弛引起的損失施工索為了控制主梁的應力.施工中要調索通過調索町改善主梁應力和位移施工時調索較閑難很難通過調索改善主梁應力和位移主梁主粱剛度較小,容易變形,需要嚴密的施工管理主梁離度相