维普资讯 http://www.cqvip.com Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ ２００２；（２） ・６・ ・设计方法研究・ 部分斜拉桥方案设计 李 映 徐利平 （同济大学，上海２０００９２） 提要部分斜拉桥是界于梁式桥和斜拉桥之间的一种桥型，其适用跨度也界于梁式桥和 部分斜拉桥，结构设计 斜拉桥之间。本文论述了该桥型的特点及在国内外的发展情况，并给出了一个设计实例。 关键词Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｐａｒｔｉａｌｌｙ Ｃａｂｌｅ・ｓｔａｔｙｅｄ Ｂｒｉｄｇｅ ＬＩ Ｙｉｎｇ ＸＵ Ｌｉｐｉｎｇ （Ｔｏｎａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９２） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｐａｒｔｉａｌｌｙ Ｃａｂｌｅ．．ｓｔａｙｅｄ Ｂｒｉｄｇｅ ｉｓ ａ ｔｙｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｃａｂｌｅ・－ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅ ａｎｄ ＰＣ ｂｅａｍ ｂｒｉｄｇｅ．Ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｏｆ ｔｈｉｓ ｔｙｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｉｓ ｔｙｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ａｌｌ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａｎｄ ａ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｇｉｖｅｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｐａｒｔｉａｌｌｙ ｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅ，ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ 斜拉索刚度和加劲梁刚度的比值有关。 １结构特点 １．１定义 部分斜拉桥具有斜拉桥的形式，但在布 索、结构尺寸比例以及受力特性等方面又与 真正的斜拉桥有明显的差别，是界于梁式桥 部分斜拉桥（Ｐａｒｔｉａｌｌｙ Ｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄ Ｂｒｒｉｄｇｅ），也有人称之为“超配量体外索ＰＣ 桥（Ｅｘｔｒｏｄｏｓｅｄ ＰＣ Ｂｒｉｄｇｅ）或“矮塔斜拉 （Ｌｏｗ—ｐｙｌｏｎ Ｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄ Ｂｒｉｄｇｅ）”，本文采 和斜拉桥之间的一种桥型，当跨度超过梁式 桥适用跨度而采用斜拉桥又不经济或刚度 不够时，部分斜拉桥正好发挥它的跨度优 势。 用严国敏教授在多篇文章中用到的“部分斜 拉桥”这一名称。 １．２特点 １．２．１外形特征 在具有非常柔性加劲梁的斜拉桥和梁 高非常高的梁式桥之间有一种过渡性的桥 （１）加劲梁的高度由于有斜拉索的帮 助而比一般梁桥低，但又比常规斜拉桥的柔 性梁高大； 梁，梁高位于它们之间，斜拉索较正规斜拉 桥少，且主塔较矮。该桥具有斜拉桥和梁式 桥的双重特性，因此称之为“部分斜拉桥”， （２）塔高比常规斜拉桥塔高小，因为斜 拉索只起体外索作用，１／９～１／１１的梁高已 也就是说在结构总体抗力中斜拉索只起部 分作用而不是全部作用，其“部分”的程度与 可使体外索具有相当大的偏心距； 维普资讯 http://www.cqvip.com ・设计方法研究・ ・７・ 结构工程师２００２；（２） （３）由于加劲梁已具有一定刚度，因此 作为体外索之间的斜拉素不需象常规斜拉 桥那样有端锚索，对塔顶水平位移进行约 束，布索区段也无需覆盖全部加劲梁； （４）由于其受力更接近梁式桥，因此在 边中跨比更接近于梁式桥的０．５～０．６，而 不是常规斜拉桥的０．４左右。 １．２．２受力特征 部分斜拉桥中的拉索应力幅比常规斜 拉桥中的拉索应力幅小，因此其拉索的允许 应力是采用体外预应力索的允许应力，即极 限应力的６０～７０％，安全系数Ｉ．７，而常规 斜拉桥中的拉索允许应力仅４０％，安全系 数２．５。也就是说，部分斜拉桥中的拉索从 受力特征上讲更接近于一般ＰＣ梁桥的体 外预应力索。 １．２．３构造特征 部分斜拉桥中的拉索在构造上与常规 斜拉桥中的拉索不同之处在于塔上的锚固 形式，常规斜拉桥中的拉索在塔顶上锚固或 张拉，而部分斜拉桥则基本采用鞍座式，斜 拉索在塔顶连续通过，由于摩擦力存在及固 定装置，实际上拉索在塔顶是不能滑动的。 ～般采用圆弧形双套管形式，斜拉索从内钢 管穿过，施工完成后在内钢管内压入高标号 环氧水泥浆。双套管形式可以使换索工作 易于进行。 １．２．４适用场合 （Ｉ）跨度超过梁式桥而建斜拉桥不经 济时； （２）对刚度要求较大，常规斜拉桥不能 满足要求，如多跨斜拉桥或铁路斜拉桥。 （３）塔高受的地方，如飞机场附 近。 ２在国内外的应用 部分斜拉桥最早起缘于日本。从１９９２ 年、１９９３年开始，以小田原港桥、冲原大桥 为首开始了部分斜拉桥的实践，１９９５年又 在铁路上建造了部分斜拉桥——屋代北桥、 屋代南桥，１９９６年以来，又相继修建了蟹泽 大桥、木曾川Ｉ桥、揖斐川桥等，把跨径增大到 了多跨２７５ｍ，形成了一种新的桥型。由于 其造型优美，受到桥梁界的赞誉，在日本已 建成此类型的桥梁近２０座。 法国西南的阿勒特・达雷（Ａｒｒｅｔ Ｄａｒｒｅ） 高架桥采用了部分斜拉桥，跨度１００ｍ，塔梁 固结，主梁为等截面箱梁。德国跨越莱于塞 （Ｌｅｓｕｓｓｅｓ）山谷的低塔斜拉桥采用了等截面 的简支梁，由于梁的刚度较低，它更接近于 一般的斜拉桥而不是这里提到的部分斜拉 桥。 我国部分斜拉桥的实践较少，芜湖长江 大桥是我国第一座部分斜拉桥，其公铁两用 的荷载、３１２ｍ的主跨、钢桁架加混凝土板的 主梁等都使其具有相当的独特性。２０００年 ７月开工的漳州战备大桥为三跨连续预应 力混凝土箱梁加矮塔斜拉索，是一座典型的 部分斜拉桥，主跨１３２ｍ。 表１给出国内外已建和在建的部分斜 拉桥主要设计参数。 ３设计实例 ３．１概述 在某桥方案设计中，考虑河道变迁及通 航，跨径布置要求多跨３００ｍ。３００ｍ基本上 是梁式桥的跨度极限，而多跨３００ｍ斜拉桥 则存在中间跨没有外锚索、梁刚度不够的问 题，连续多跨的斜拉桥造价也将会很高。采 用梁式桥与斜拉桥结合的部分斜拉桥方案 则可以解决以上问题。设计采用四跨一联 （１５０ｍ＋３００ｍ＋３００ｍ＋１５０ｍ），单索面，塔 梁墩固结，主梁为单箱三室砼箱梁和双箱单 室钢箱梁，塔为变断面砼梁，墩为双薄壁墩， 下部基础采用ｏ１．５ｍ钢管打入桩，施工方 维普资讯 http://www.cqvip.com Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ ２００２；（２） ・８・ ・设计方法研究・ 法为砼箱梁部分悬臂浇筑，钢箱梁部分整体 吊装。 ３．２结构布置 ９００ｍ。横断面布置为（０．５＋０．７５＋３．０＋２ ×３．７５＋０．７５＋０．５）＋３．０＋（０．５＋０．７５＋ ３．０＋２×３．７５＋０．７５＋０．５）＝１３＋３＋１３＝ ２９ｍ。总体布置见图１。 跨径组合为１５０＋３００＋３００＋１５０＝ 国内外部分斜拉桥主要设计参数 桥名 屋代北桥 表１ 高跨比 根部 １／３６ 跨中 １／３６ 跨度 （ｍ） ５５＋９０＋５５ 边跨／ 中跨 ０ ６１ 塔高 （ｍ） １０ 塔高／ 跨度 １／９．０ 主梁高度（ｍ） 根部 ２．５ 跨中 ２．５ 代南桥 小Ⅲ桥港桥 冲原大桥 蟹泽大桥 ６２＋２×１Ｏ０＋６５ ７３＋１２２＋７３ ６５．４＋１８０＋７６ ４ １００＋１８０＋１０（） ０ ５９ ０ ６０ ０ ４２ ０ ５６ １２ １０ ５ １６ ２４ １／８．８ １／１１ ６ ２．５ ３．５ ２．５ ２．２ ３．（） ３．３ １／４２ １／３５ １／３３ １／３２ １／４２ １／５５ １／．６０ １／５５ １／ｌ１ ２５ ５．５． １／７．５ ５．６ 术曾川桥 揖斐川桥 １６０＋３×２７５＋１６０ １５４＋４×２７１ ５＋１５７ ０ ５８ ０．５７ ３０ ３０ １／９．１ １／９．０ ７ ０ ７．Ｏ ４．０ ４ ０ １／３９ １／３９ １／６９ １／６８ 芜湖长江大桥 漳州战备大桥 西新唐 大桥 土狩大桥 都Ⅲ川桥 东新唐柜大桥 义喜纳大桥 １８０＋３１２＋１８０ ８０（）＋１３２＋８０ ８ ７４ １＋１４（）＋６９ １ ９４＋３×１４０＋９４ １３３＋１３３ ６６．１＋１２０＋７２ １ １０９ ３＋８９．３ ０ ５８ ０．６１ （）．５３ ０ ６７ ３５ １６．５ １２ １Ｏ ２０ １／８．９ １／８．０ １／ｌ１ ７ １／１４ ０ １／６ ７ １／１０ ０ １／４ １ １４ ３ ８ ３ ５ ６．０ ６．５ ３．５ ６．（） １４ ２ ４ ２．５ ３．０ ４．０ ２．５ ３．５ １／２２ １／３５ １／４０ １／２３ １／２Ｏ １／３４ １／１８ １／２２ １／５５ １／５６ １／４７ １／３３ １／４８ １／３１ ０ ６０ １２ ２６．４ 保津桥 川二桥 ｊ洋大桥 ７６＋Ｉ（）０＋７６ ５７ ９＋９２ ９ ７（）．３＋７１＋３４ ４ ０ ７６ １０ １２．８ １／１０．０ １／７ ３ １／６．２ ２．８ ６．５ ３．５ ２．８ ２．５ ２．０ １／３６ １／１４ １／２１ １／２７ １／３７ １／３６ ０ ４８ ｌ１．５ １５００００ ８ １５００ １０８７５ｏ １０８７５０ ３０００００ ．８２５００ １０８７５０ ． ３０００００ １Ｓ０ｏ００ １ １０８７５ｏ ．８２５００． １０８７５ｏ １０８７５ｏ日２５００ ，２ ＩＩ 啪 Ｉｌ ｌｌ 图Ｉ总体布置图 维普资讯 http://www.cqvip.com ・设计方法研究・ ・９・ 结构工程师２００２；（２） 在３００ｍ范围内，桥墩根部无索区段 ６３ｍ，拉索区段为４５．７５ｍ，均为砼箱梁，砼 箱梁长２１７．５ｍ，中间８２．５ｍ区段为钢箱 梁 砼箱梁为变截面斜腹板单箱三室断面， 顶宽２９ｍ，底宽１９ｍ，腹板斜度１：４．９５２，悬 臂３．０６６ｍ。根部砼箱梁梁高１０．５ｍ，高跨 比１／２８．６，底板厚度ｌｍ，顶板厚度０．２５ｍ， 四道腹板厚度均为０．５５ｍ。跨中箱梁梁高 ５ｍ，高跨比１／６０，顶底板厚度均为０．２５ｍ， 斜腹板厚度０．４５ｍ，中腹板厚度０．４ｍ。 钢箱梁为双箱单室断面，顶底板厚 １２ｒａｍ，腹板板厚１０ｍ，单箱底宽６．４５ｍ，顶 宽１３ｍ，外轮廓与砼箱梁一致。 主塔为砼箱形，纵桥向从４～１５ｍ变 宽，横桥向从２～３ｍ变宽，桥面以上塔高 ５１ｍ，与跨度之比为１／５．８８，塔顶设鞍座，斜 拉索在鞍座上通过。 ３０００ ０ ０ ０ ，一 图２横断面布置图 斜拉索每跨８对，箱梁上问距６ｍ，每道 拉索位置在横桥向设两根并列，单根斜拉索 设计索力约５００ｔ，采用镀锌钢绞线拉索，每 根拉索由３７ｏｊ１５．２４钢绞线组成，Ｒ ｙｈ＝ １７７０ＭＰａ。防腐措施为每根镀锌钢绞线外 裹ＰＥ，钢绞线拉索外包彩色ＰＥ。 桥墩为双薄壁墩，中心距１ ｌｍ，薄壁墩断 面为１９ｍＸ４ｍ三箱空间矩形，壁厚０．９ｍ。 下部结构采用ａ１．５ｍ钢管打入桩。 横断面布置见图２。 施工步骤： （１）下部结构桩基和墩身施工，拼装托 架，浇筑箱梁＃０段砼，立模分段浇筑索塔 砼。 （２）悬臂浇筑１～８节段，相应张拉每 节段纵向预应力钢柬。 （３）悬臂浇筑９～ｌ６箱梁节段，每节段 张拉斜拉索及纵向预应力钢柬。 （４）船运８２．５ｍ钢箱梁至架设位置，起 吊安装钢箱梁，张拉钢梁与砼梁接头预应力 柬。 ３．３结构计算 ３．３．１计算图式 采用平面计算图式，节点总数１８７，单 元总数２３４，共采用九个施工阶段。 ３．３．２计算工况及荷载 计算工况包括悬臂施工，体系转换，成 桥初期及成桥后期（３年）运营阶段。 ３．３．３荷载 （１）施工阶段：自重，二期恒载，预应 力，砼不同龄期的收缩和徐变。 （２）运营阶段：汽车、挂车、支点沉降、 温度力。支点沉降按１ｃｍ计算，温度力为 整体升降３０℃计。 ３．３．４计算结果 正常使用极限状态内力包络图，见图３。 根部砼箱梁，最大压应力为１５ ２ＭＰａ， 最小压压力为１ＭＰａ，在最外拉索端出现 ０．８ＭＰａ拉应力，进一步调索后可使其不出 现拉应力。正常使用极限状态砼梁应力包 络图见图４。 维普资讯 http://www.cqvip.com Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ ２００２；（２） ３枷００ｋＮ・ｍ ・１０・ ３７５２００ｋＮ・ｌ＂ｌｌｔ ・设计方法研究・ ６７７１００ｋＮ・ｍ ６７７ｌＯ０ｋＮ－ｍ 图３正常使用极限状态组合Ｉ内力包络图 ｌ５．２－旺．ａ ｌ ５．２－伍Ｉａ 上缘应力包络图 ０．８１■ ａ 一一０．８ｌ－ｌＰａ ８．２４－【Ｐａ ７．９５ Ｐａ ７．９５ Ｐａ ８．２４ Ｐｌａ 下缘应力包络图 图４正常使用极限状态组合Ｉ砼梁应力包络图 钢箱梁在恒载作用下弯矩１３８０００ｋＮ・ 间的一种桥型，其适用跨径大约在１００～ ３００ｍ之间。该桥型造型优美，在日本已建 造多座。国内目前建造较少，以后将得到进 一ｍ，汽车引起的最大弯矩４３２００ｋＮ・ｒｎ，恒载 应力９６．７ＭＰａ，活载应力３０ＭＰａ，最大应力 １２６．７ＭＰａ。 步的发展。 墩底恒载弯矩一６９３００ｋＮ・ｍ，轴力 ？ｌ７００ｋＮ；温度引起的弯矩±４４８０００ｋＮ・ｒｎ， 轴力±５８７ ０００ｋＮ；汽车引起的弯矩一 ２４ ８００ｋＮ・ｍ，轴力２１ ９００ｋＮ。经验算， ０．８％的配筋率可以满足受力要求。 活载下挠度为０．１０２ｍ，挠跨比１／ ２ ９２１。 参考文献 刘岚译．体外预加力量ＰＣ桥的规划与设 计．国外桥梁，１９９３（４） Ｅ２］ 严国敏．试谈“部分斜拉桥”——日本屋代南 桥、屋代北桥和小田原港桥梁．国外桥梁， １９９６（１） ４小 结 部分斜拉桥是界于梁式桥和斜拉桥之 ［３］ 王 凯．漳州战备大桥设计．桥梁建设， ２００１（１）
