彭雪云
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摘要：本文通过一座主跨为220m的独塔混合梁斜拉桥的设计，从桥梁建设条件及总体方案拟定、主梁施工方案及钢混结合部位置拟定、斜拉桥主跨及边跨长度拟定、斜拉桥主塔塔高及截面尺寸拟定、斜拉桥结构体系设计、斜拉桥成桥索力计算等方面阐述了混合梁斜拉桥设计的主要思路及方法，其中协作体系的应用使混合梁斜拉桥的适应能力得到了升华，设计思路简单明确，施工方法安全可靠，可作为大跨度城市桥梁设计的参考。
关键词：独塔斜拉桥 混合梁 协作体系
引言：随着社会经济的发展，我国城市桥梁建设数量不断增加，在城市规划的整体架构下桥位可选空间狭小，建设条件也越来越苛刻，在桥型选择上对桥梁景观的要求也越来越高。混合梁斜拉桥鉴于其桥跨组合适应能力强，整体刚度大，施工阶段单悬臂状态稳定性好，兼备钢梁斜拉桥和混凝土梁斜拉桥的优点，在大跨度城市桥梁中具有不可替代的地位。
1.桥梁建设条件及总体方案拟定
本桥位于中心城区的城市主干路上，双向8车道，线路顺直，跨越东江及两岸沿江道路，桥梁对景观要求极高。桥位处河道弯曲，洪水对岸坡的冲刷严重，河道与桥轴法向成约14度斜交角，常水位时河道西侧水面宽约300m，东侧为约300m宽的滩地；三级航道，顺桥向单孔双向通航净宽要求约190m；堤防等级为二级，西岸现状防洪堤与道路相连，东岸规划防洪堤位于滩地上。
桥型方案比选在独塔混合梁斜拉桥、独塔自锚式悬索桥、独塔混凝土梁斜拉桥三个方案中选择了可采用悬拼施工，对河道通航及行洪影响较小，施工工期短，造价适中，可与跨堤段引桥形成协作体系的独塔混合梁斜拉桥方案。并在线位方案比选中通过协作体系的应用减少了一个水中桥墩，优化了桥梁阻水比，给规划线位的实施创造了有利条件。
图一：桥型总体布置图
推荐线位方案桥梁轴线按照规划线位走向，全线为一条直线，主桥采用（48+105+220+82+68）=523m独塔混合梁斜拉桥与连续钢箱梁协作体系方案跨过主河槽和西岸河堤及道路（如图一）。斜拉桥采用半漂浮体系，空间双索面，“水滴”形主塔。主塔采用C60混凝土主塔，斜拉索采用扇形布置，主梁主跨采用钢箱梁，拉索间距为12m；边跨采用混凝土箱梁，拉索间距为8m，主梁梁高采用3.5m，桥面总宽为42m。
2.主梁施工方案及钢混结合部位置拟定
本桥主跨根据通航要求采用220m跨径一跨跨过主河槽，边跨基本位于滩地上。为节约工程造价，本桥边跨全部采用混凝土箱梁，支架现浇施工。主跨钢箱梁采用节段悬拼工艺，钢箱梁节段在工厂加工成型，通过水路运输至桥位处，采用桥面吊机悬拼施工。
钢混结合部位置设于主跨，距离主塔中心线11m处，该处河道水深满足钢梁运输条件，钢梁节段可直接采用桥面吊机吊装施工，主跨11m长的混凝土梁段可利用主塔承台搭设支架现浇施工，不仅避免了在主河槽设置现浇支架，还避免了大吨位浮吊设备的使用。
3.斜拉桥边跨长度拟定
根据主塔两侧整体静力平衡原则：主跨钢梁自重×钢梁中心至主塔中心线的距离+主跨混凝土梁自重×混凝土梁中心至主塔中心线的距离+主跨活荷载（汽车+人群）×主跨跨径的一半=边跨自重×边跨跨径的一半。
本桥主跨钢梁+二期恒载的荷载集度Q1=337.6KN/m，边跨混凝土梁+二期恒载的荷载集度Q2=1163.7KN/m，本桥采用城-A级汽车荷载标准，其中qk=10.5KN/m，pk=360KN，8车道横向折减系数为0.5，主桥纵向折减系数为0.97，则有：成桥恒载状态下337.6×（220-11）×（（220-11）/2+11）+1163.7×11×11/2=1/2×1163.7×Lmax2，得Lmax=118.9m；最不利活荷载状态下337.6×（220-11）×（（220-11）/2+11）+1163.7×11×11/2+10.5×8×0.5*0.97×220×220/2+360×8×0.5×220=1/2×1163.7×Lmax2，得Lmax=127.9m。（其中L为边跨长度。）
根据塔端最高锚点水平力平衡原则:成桥恒载状态下337.6×12×220/H=1163.7×8×Lmin/H，可得Lmin=95.7m；最不利活荷载状态下((337.6+10.5×4)×12+360×4)×220/H=1163.7×8×Lmax/H，可得Lmax=141.7m。（其中L为边跨长度，H为桥面以上有效塔高。）
为更好地控制塔顶水平位移，提高全桥刚度，可适当增加边跨的长度，由于边跨混凝土梁刚度大，挠度小，通过合理地设置辅助墩及预应力，可使得边跨混凝土梁在一定的索力区间（合理成桥索力~使用阶段最大索力）内，其自身应力均能满足设计要求，成为主跨稳定的锚跨。本桥结合河床断面及东岸河堤规划位置等取边跨长度为150m，设置一个辅助墩。
4.斜拉桥主塔塔高及截面尺寸拟定
在斜拉桥主跨跨径确定后，主塔高度越高，拉索的水平倾角就越大，拉索的垂直分力对主梁的支承作用就越大，但斜拉索的长度也会相应加长，施工难度也会增加，因此主塔的高度应根据经济比选来确定。结合相关经验主塔的合理高跨比H/L=0.3~0.45，外索的水平倾角一般不小于22°。
由于本桥桥面较宽，主塔的高跨比采用高值对‘水滴形’主塔受力更有利，同时可以降低斜拉索的用钢量，减小主跨跨中挠度。本桥主塔高跨比采用0.45，桥面以上有效塔高H=220×0.45=99m（不含塔尖的景观构造高度）。
混凝土主塔截面主要由主塔刚度、塔壁内力及塔内空间决定。其中塔内空间包括中塔柱的检修设备及检修通道、上塔柱的斜拉索锚固设施及张拉空间。本桥主塔纵向总宽为7m，单塔柱横向总宽为5m，塔壁厚为1.0m，斜拉索锚固区塔壁厚为1.2m。
5.斜拉桥结构体系设计
本桥采用半漂浮体系，在主塔、边墩、辅助墩上均设置竖向支承，在主塔及边墩上设置横向抗风支座，在主塔和主梁间设置纵向粘滞阻尼器及纵向限位装置。
6.成桥索力计算及斜拉索设计
采用塔顶水平位移和主跨竖向挠度为固定控制条件，斜拉索最大索力为可调控制条件，边跨混凝土箱梁通过预应力来控制其受力状态，索力计算简单明确。
本桥成桥索力均在2500KN~6000KN范围，索力分布均匀。斜拉索采用φ7mm 标准强度为 1770MPa 的平行钢丝拉索，根据索力的不同分别采用 PES(C)7-199/253/283 系列成品索，斜拉索塔端锚固采用钢锚梁锚固体系。
结束语：
混合梁斜拉桥在大跨度桥梁中对于桥跨组合及索塔景观造型均具有很强的适应性，不仅经济合理，而且设计简明、施工稳定，已在城市桥梁建设中得到广泛的应用。
参考文献：
［1］周孟波.斜拉桥手册.[M].人民交通出版社，2004.
［2］刘士林，王似舜.斜拉桥设计.[M].人民交通出版社，2006.
［3］徐国平，张喜刚，等.混合梁斜拉桥.[M].人民交通出版社，2013.