小沙湾黄河特大桥斜拉索初始张拉力的确定

中图分类号： TU74文献标识码：A 文章编号：

摘要：小沙湾黄河特大桥是一座主跨440m的砼主梁斜拉桥，由于具有东西侧索塔高低差别较大、所在地区基本风速较高、区域温差大、地方砂石材料差及重载交通比重大等特点，本桥具有一定的特殊性，在确定斜拉索初始张拉力时受到较大影响，设计者在不断的完善过程中予以解决，最终通过施工阶段一次调索达到合理成桥状态。

一、概述

小沙湾黄河特大桥位于荣乌高速公路鄂尔多斯段起点位置，主桥跨径为(160+440+160)m,两个边跨各设置两个辅助墩，位于直线段上。主桥结构形式采用空间双索面、密索、扇形布置、双分离边箱形断面主梁、塔梁分离的半漂浮体系结构；主梁采用预应力砼分离式边箱断面，标准断面梁中心高287.4cm，箱梁全宽2840cm。桥面设置2％的双向横坡，由箱梁顶板形成。主梁标准块件长度为8m，标准节段重约430t；索塔采用双柱式变截面“A”形索塔，空心薄壁截面，东西侧塔柱高度相差较大，分别为228.6m，128.3m。

二、斜拉索初始张拉力的确定

对于斜拉桥而言，拉索初始张拉力的确定至关重要，合理的拉索初始张拉力是保证斜拉桥的合理成桥状态的重要基础，也是保证斜拉桥结构耐久性、经济性的重要决定条件。

根据目前斜拉桥常见的设计实用方法，拉索初始张拉力的确定基本分为两步，一是确认合理成桥状态，常用的方法有刚性支承连续梁法、最小弯曲能量原理法、影响弯矩法、考虑活载效应的分布计算法、内力（或应力）平衡法、最小弯矩法、零初索力法、零支反力法和用索量最小法等；二是以合理成桥状态为基础，结合合理施工状态来确定施工阶段斜拉索的初拉力，使合理成桥状态与合理施工状态耦合，常用的方法有倒拆法、正装—倒拆迭代法、正装迭代法、无应力状态控制法等。

本桥具有以下特点：东西侧索塔高度相差较大，索塔刚度差别大；桥梁所在地百年一遇基本风速为33.7m/s，且索塔建筑高度高（最高处为228.6m），索塔受风荷载影响较大；桥梁位于严寒地区，季节温差及梯度温差大；由于地方砂石材料较差，主梁采用C55砼；桥梁所在地区重载交通比例大，设计时需考虑重载交通的影响。

在确定斜拉索初始张拉力时，设计充分考虑以上桥梁特点，按实际纵断面建立模型，通过不断调整细化，最终达到合理的成桥状态，满足使用阶段各项指标的要求，并留有足够的安全储备。

设计中采用多种方法结合确定拉索初始张拉力，最终确定过程如下：

1、确认合理成桥状态

采用刚性支承连续梁法和最小弯矩法两种方法，并考虑活载效应和收缩徐变效应的影响，确定合理成桥状态的成桥索力。

2、确认拉索初拉力

由于本桥边跨和中跨刚度相差较大（边跨存在两个辅助墩），且边跨现浇段长度较长，对于悬浇段和边跨现浇段（密索区）初索力的确认，采用了两种不同的设计方法：

悬浇段初索力：在刚性支承连续梁法确认的成桥索力的基础上，考虑活载和收缩徐变的影响，乘以经验系数得出。

边跨现浇段初索力：通过成桥合理状态的倒拆法确认。

在基本确认初索力的基础上，通过建立索力与主梁弯矩及位移的矩阵，进行多次试算，最终确认初索力。

与常见的斜拉桥初索力相比，结合本桥跨径及构造的特殊性，总结如下：

1、对于常见的斜拉桥，设计时一般控制索塔两侧索力水平分力基本相等，或成桥状态下索塔边跨侧索力稍大于中跨侧索力，使索塔向边跨一侧有一定的侧偏，以保证在活载状态下索塔位移比较均匀。由于本桥边跨刚度较一般斜拉桥大，索力的分配较为特殊，最终确定的斜拉索初拉力水平分力边跨侧小于中跨侧，具体详见下表：

（表1）

但在成桥状态时，成桥索力水平分力中跨侧大于边跨侧，且索塔具有一定向边跨方向的位移，7号塔塔顶位移为-54.3mm，8号塔塔顶位移为140.5mm，是较为合理的成桥状态。成桥状态时索力值详见下表：

（表2）

2、由于本桥跨径组合为（160+440+160）m，边中跨比值为0.36，比值对于常规砼主梁斜拉桥而言偏小，从而导致边跨现浇段压重数量较多。设计中对此情况进行了多种方法多次的优化，但为了保证边跨支座留有一定的压应力储备，同时不影响主塔双悬臂施工时索力的对称性，压重数量只能在有限的程度内调整。最终确认的支座反力值如下：

（表3）

3、由于本桥所处地区砂石材料较差，配置C55以上砼有一定难度，同时桥梁风荷载效应及温差效应对主梁应力有较大影响，使得对主梁压应力的控制问题成为关键。设计者通过对斜拉索初拉力进行多次细化调整，基本将主梁压应力控制在合理范围，对于局部不满足C55压应力要求的梁段，通过优化砼局部尺寸以及预应力布置给予解决。

三、主要结论

1、由于本桥边跨设置两个辅助墩，使得边跨现浇梁段刚度相对较大，设计者使边跨侧初拉力小于中跨侧初拉力，使索塔成桥阶段的纵向位移达到合适的数值，并使边跨辅助墩及过渡墩处保持合适的支座反力。

2、由于本桥跨径组合为（160+440+160）m，边中跨比值为0.36，本值对于常规砼主梁斜拉桥而言较小，从而导致边跨现浇段压重数量较多。

3、对于主梁局部砼应力超标的情况，设计通过调整主梁局部尺寸以及局部预应力钢束布置，使砼压应力在最大值部位得到缓冲，由此达到控制砼压应力的目的。

参考文献：

【1】JTG/T D65-01—2007。公路斜拉桥设计细则.

【2】邵旭东、程翔云、李立峰。桥梁设计与计算。人民交通出版社。2007.

【3】林元培。斜拉桥。人民交通出版社。2004.