【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 梁斜拉橋。主梁采用箱型和工字型橫梁以及混凝土橋面板組成的復(fù)合式斷面；為提供結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)能力采用了鉆石型的索塔。 自九十年代開(kāi)始我國(guó)斜拉橋設(shè)計(jì)技術(shù)日漸 上升，截止到 2022 年，我國(guó)跨徑大于 200m 的斜拉橋已有 70 余座，跨徑超過(guò) 400m 的有 30 座，這充分表明我國(guó)斜拉橋建設(shè)水平已經(jīng)進(jìn)入世界先進(jìn)水平。 自我國(guó)獨(dú)立建成若干大跨度跨江、跨海斜拉橋后，設(shè)計(jì)和施工水準(zhǔn)迅猛提高。在基于科技水平和綜合國(guó)力日益上升的前提下，創(chuàng)新美觀的橋型供不應(yīng)求。斜拉橋橋型優(yōu)美，施工耗材少，隨著設(shè)計(jì)的優(yōu)化性和經(jīng)濟(jì)性，斜拉橋正向著中小跨度普及。城市立交橋、高速公路橋、公鐵兩用橋甚至人行橋都大量出現(xiàn)斜拉橋的身影。斜拉橋索面、塔形、梁的設(shè)計(jì)比其他橋型選擇性更強(qiáng)，這種其他橋型難以取代的優(yōu)勢(shì)不斷的提高 斜拉橋的競(jìng)爭(zhēng)力。 修建大量美觀的斜拉橋不但能創(chuàng)造更多的城市地標(biāo)，代言城市形象，更能將我國(guó)的交通整體外觀風(fēng)貌帶入現(xiàn)代化，高科技化的國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家水平。 7 橋位 永定河位于北京的西南部。全河流經(jīng)山西、內(nèi)蒙古、河北、北京、天津五省市，入渤海，全長(zhǎng) 740 多公里（含永定新河），是海河水系北系的最大河流，流域面積為 47016 平方公里。 永定河發(fā)源于山西省寧武縣管涔山，流經(jīng)內(nèi)蒙古、河北，經(jīng)北京轉(zhuǎn)入河北，在天津匯于海河至塘沽注入渤海。永定河全長(zhǎng) 548公里，自門頭溝區(qū)三家店流入石景山區(qū) 后，流經(jīng)五里坨、麻峪、龐村、水屯等地，經(jīng)衙門口村南流入豐臺(tái)區(qū) 上游有兩大支流，南為桑干河，發(fā)源于山西省寧武縣 管涔山；北為洋河，發(fā)源于內(nèi)蒙古興和縣，匯合于河北省朱官屯，開(kāi)始稱永定河。發(fā)源于北京延慶縣的媯水河也流入永定河。 上游處在太行山、陰山、燕山余脈、內(nèi)蒙古黃土高原，海拔 1500 米 以上，植被、地形、氣候條件差，有八個(gè)產(chǎn)沙區(qū)，土壤侵蝕嚴(yán)重是永定河水泥沙含量極大的主要來(lái)源。 官?gòu)d山峽及下游上段是北京段，流經(jīng)門頭溝區(qū)、石景山區(qū)、豐臺(tái)區(qū)、房山區(qū)、大興區(qū)五個(gè)區(qū)。由官?gòu)d水庫(kù)至門頭溝三家店，長(zhǎng)度 公里 ，平均海拔 500 － 100 米 ，短距離內(nèi)落差從 450 米 降至 100 米 ，山巒重疊，溝谷曲曲彎彎，坡度變化大，水流湍急。 下游從三家店出山，入京津平原到渤海口，形成古道洪沖積扇面，海拔在 25 米 至 100 米 之間，在近 80 公里 的流程中水流相對(duì)平緩，泥沙大量沉 8 積，至河床高于地面，歷史上改道多次，極易發(fā)生漫溢決口。 1985 年永定河被國(guó)務(wù)院列入全國(guó)四大防汛重點(diǎn)江河之一。 2022 年，北京市政府決心整治已斷流多年的永定河，其目標(biāo)是使這條因人類過(guò)度使用而斷流的河流重新有水，并在 170公里北京段恢復(fù)流水，尤其是在 37 公里城市段形成六大湖面和十大公園，再輔以河道內(nèi)外園林生態(tài)綠化，使河流重新成為景觀。 水文地質(zhì)條件 水文 基本干枯。 此處橋址為典型長(zhǎng)年干枯河谷地質(zhì)條件 圖 永定河橋地質(zhì)剖面圖 氣象 橋位區(qū)地勢(shì)平坦，橋址地區(qū)位于大陸性季風(fēng)氣候區(qū) 氣溫：年極端最高氣溫 45攝氏度，極端最低氣溫為零下 ，年平均氣溫為 攝氏度， 9 風(fēng)： (10年一遇 )設(shè)計(jì)風(fēng)速 10 / sV ? 地質(zhì)條件 橋位處現(xiàn)況 ：地面高 ～ 米 。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆探、取樣及原位測(cè)試成果，按地層沉積年代、成因類型，將擬建場(chǎng)地地面以下 59 米勘探深度范圍內(nèi)的地層劃分為人工堆積層、新近沉積層、第四紀(jì)沉積層、第四紀(jì)坡殘積層和太古代巖層。從空間分布規(guī)律上，按地層巖性及土的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)一步劃分為 11 個(gè)大層，各巖土層的基本巖性特征如下 ： 表層為人工堆積的卵石填土①層，填土總厚度 ～ ； 于標(biāo)高 ～ ②層，夾細(xì)砂② 1層； 于標(biāo)高 ～ ③層； 于標(biāo)高 ～ ④層； 于標(biāo)高 ～ ⑤層，夾漂石⑤ 1層； 于標(biāo)高 ～ ⑥層，夾粗砂⑥ 1層； 于標(biāo)高 ～ 、角礫⑦層； 于標(biāo)高 ～ ～強(qiáng)風(fēng)化角閃片麻巖⑧層； 于標(biāo)高 ～ ⑨層； 于標(biāo)高 ～ 角閃片麻巖⑩層； 于標(biāo)高 ～ ⑾層。 地下水為上層滯水和承壓水，上層滯水標(biāo)高為 ～ （埋深 ～ 米），承壓水標(biāo)高為 ～ （埋深 ～ 米），地下水對(duì)混凝 10 土無(wú)侵蝕作用，但在干濕交替情況下，地下水中的介質(zhì)氯離子對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有弱腐蝕性。 場(chǎng)地屬于 III 類場(chǎng)地土 ,場(chǎng)區(qū)地震基本烈度 為 8 度。根據(jù)勘察成果資料 判定 ，場(chǎng)地內(nèi)各層土在地震烈度達(dá)到 8度且地下水位達(dá)到歷史最高水位時(shí)均無(wú)液化 現(xiàn)象 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 橋梁結(jié)構(gòu)形式：獨(dú)塔雙索面鋼箱梁斜拉橋 設(shè)計(jì)荷載：公路 I 級(jí)，無(wú)人群荷載 道路等級(jí)：四車道 高速 公路 計(jì)算行車速度： 100km/h 設(shè)計(jì)車道：雙向四車道，行車道寬度 2 4m 設(shè)計(jì)荷載：公路 1級(jí) 橋面布置： 橋面凈空 2 ： 檢修便道 +1m 拉索錨固區(qū) +防撞護(hù)欄 +2 4m 車道 +1m 中央分隔帶 +2 4m 車道 + 防撞護(hù)欄 +1m 拉索錨固區(qū) + 橋面坡度：橋面縱向按平坡設(shè)計(jì)；車行道設(shè)雙向 ％橫坡 橋面鋪裝： 橋面鋪裝 30cm 厚的混凝土面板，采用 C60 混凝土；行車道橋面鋪裝采用 10cm 厚瀝青混凝土鋪裝 11 施工方法：邊跨密索段采用支架施工，其余梁段采用懸臂吊裝施工 地震烈度： 地震動(dòng)峰值加速度 氣溫：最高有效溫度 45℃，最低有效溫度 ℃ 設(shè)計(jì)采用的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及參考規(guī)范 《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（ JTG B012022） 《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》 (JTG D602022) 《公路斜拉橋設(shè)計(jì)規(guī)范（試行）》 (JTJ 02796) 《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTJ 02485) 《公 路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTJ 02586) 《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（ JTJ 0412022） 《公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTJ C302022) 《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTJ/T D60012022) 《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》（ JTJ 812022） Standard Specification for Highway BridgesAASHTO 1996 橋型方案總體設(shè)計(jì) 橋跨布置設(shè)計(jì)過(guò)程 12 橋型方案的設(shè)計(jì)構(gòu)思，是橋梁設(shè)計(jì)的綱。由于斜拉橋的變量很多，且它 們又互相關(guān) 連，相互制約，不可能單獨(dú)孤立的分別設(shè)計(jì)主梁、塔和索。因此，一開(kāi)始就應(yīng)該總體考 慮進(jìn)行全橋的綜合設(shè)計(jì)。為了作好這一工作，首先要對(duì)影響斜拉橋總體橋型設(shè)計(jì)的各個(gè) 變量參數(shù)作認(rèn)真研究。 根據(jù)經(jīng)濟(jì)性和使用性決定斜拉橋主跨后，繼之就是要考慮主跨與邊跨的比例問(wèn)題。 獨(dú)塔和雙塔的比值是不同的，尤應(yīng)注意。隨后．就是按交通量、列車通過(guò)量確定了車行 道和人行道數(shù)目和寬度等，也就確定了橋面總寬；接著就是決定一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)索 面．以及整個(gè)斜拉橋結(jié)構(gòu)的錨固方式。塔的結(jié)構(gòu)形式、高度、斷面面積會(huì)隨著斜纜的布 置形式而大有不同 。這時(shí)尤其是要認(rèn)真考慮其剛度的增加對(duì)整個(gè)橋跨結(jié)構(gòu)變形的影響： 主梁的高度不僅與主跨有關(guān)，還隨著橋?qū)?、主梁截面積、主梁截面形式而變化，同時(shí)它 在結(jié)構(gòu)上還必須滿足風(fēng)動(dòng)力穩(wěn)定的要求。主梁的剛度對(duì)主跨的彎短影響很大，要配合索、 塔的剛度進(jìn)行多層次比選。拉索在塔和主梁上的索距應(yīng)配合塔和梁的高度、剛度、材料 以及整個(gè)斜拉橋的橋型綜合考慮。每根斜纜的面積應(yīng)隨其傾斜角度以及所處位置有所不 同。另外，斜纜索的非線性彈性模量，除決定它本身的剛度外，還影響全橋的剛度，計(jì) 算時(shí)要注意。梁、塔、墩相互連接形式．主梁是否懸浮，支點(diǎn)如何 設(shè)置，這一方面要從 靜、動(dòng)力分析考慮，另一方面也要考慮結(jié)構(gòu)整體的安全和穩(wěn)定度?；钶d等級(jí)一般是由設(shè) 計(jì)條件給定的，但也要注意加載長(zhǎng)度中等代荷載的情況及其與恒載間的比例。由此可知， 斜拉橋橋型總體 設(shè)計(jì)中，影響因素多，變量參數(shù)也復(fù)雜，交叉組合的方案是千變?nèi)f化的， 但為了抓住主要矛盾，其總體構(gòu)思時(shí)，首先耍考慮如下四個(gè)問(wèn)題：跨度劃分；主梁結(jié)構(gòu)形式；梁、塔、墩連結(jié)形式；斜纜類型。 13 根據(jù)河床斷面和橋面位置確定分跨過(guò)程（索塔位置、邊跨、主跨的確定）； 現(xiàn)代斜拉橋最典型的孔跨布置形式為雙塔三跨式與獨(dú)塔雙跨式。無(wú)論是雙塔三跨式或 獨(dú)塔雙跨式，在邊跨內(nèi)如有需要都可以設(shè)置輔助用的中間墩。本論文為獨(dú)塔斜拉橋設(shè)計(jì)，獨(dú)塔斜拉橋是一種常見(jiàn)的斜拉橋孔跨布置方式。由于它的主孔跨徑一般比雙塔三跨式的主孔跨徑小，故特別適用于跨越中小河流，谷地及交通道路；當(dāng)然也可用于跨越大河流的主航道部分。采用該種形式時(shí)，可以兩跨可對(duì)稱和不對(duì)稱布置，如圖 為 雙索面獨(dú)塔斜拉橋布置圖（ autoCAD） 圖 雙索面獨(dú)塔斜拉橋布置圖 斜拉橋提供的主跨主要是為了跨越寬闊的主槽和通航的需要，有時(shí)也由于地質(zhì)條件 的限制。邊跨則主要是平衡主跨的內(nèi)力而設(shè)之的。由于斜拉橋的單位造 價(jià)較高（主要是 因?yàn)榱后w造價(jià)和拉索造價(jià)高），獨(dú)塔斜拉橋能壓縮甚至取消雙塔方案的邊跨長(zhǎng)度（壓縮 部分由造價(jià)遠(yuǎn)較低的引橋取代），因而工程造價(jià)得以降低，所以一般說(shuō)來(lái)分邊跨與主跨 更合理。兩等跨形式由于一般沒(méi)有端錨索的關(guān)系，不能有效地約束塔頂?shù)奈灰?，故在? 力與變形方面不能充分發(fā)揮斜拉橋的優(yōu)勢(shì)，如采用加大橋塔剛度的方法來(lái)減小塔頂變 位，則會(huì)變得非常不經(jīng)濟(jì)。因?yàn)閷?duì)減小塔 14 頂變位來(lái)說(shuō)，加大橋塔剛度不如增設(shè)端錨索有 效。兩跨比（邊中跨比） Ls/Lc=～1。 橋塔可以設(shè)在河道中；也可以用主跨跨越河流，將橋塔及邊跨設(shè)在河 流的一岸。本論文設(shè)計(jì)考慮如將橋塔設(shè)置在河道中不能體現(xiàn)該種橋型的跨越能力以及橋塔基礎(chǔ)工程 量及造價(jià)的因素，將橋塔置于河灘處，盡量減少工程量。 橋塔可以設(shè)在河道中；也可以用主跨跨越河流，將橋塔及邊跨設(shè)在河流的一岸。本論文設(shè)計(jì)考慮如將橋塔設(shè)置在河道中不能體現(xiàn)該種橋型的跨越能力以及橋塔基礎(chǔ)工程 量及造價(jià)的因素，將橋塔置于河灘處，盡量減少工程量。 根據(jù)斜拉橋的特點(diǎn)確定索塔的形式和塔高 獨(dú)塔斜拉橋塔高與主跨比宜選用 ~，尾索控制角度在 2545 度左右，在實(shí) 際應(yīng)用中為 2527 度最為適 宜。（注：尾索傾角太大會(huì)增加橋塔高度，導(dǎo)致設(shè)計(jì)和施工 困難，并增加造價(jià)） 索塔的造型是斜拉橋景觀效果的主要核心。斜拉橋的柔細(xì)感與直線感雖基本上來(lái)自 于梁體與斜索，但橋塔的形狀對(duì)全橋的景觀也至關(guān)重要，它在美學(xué)上幾乎起決定性的作 用。因此，必須非常慎重地選擇橋塔的形狀，精心定出優(yōu)美的尺寸比例。 橋塔的形式 ： 橋塔的縱向形式一般為單柱式。在需要將橋塔的縱向剛度作的較大時(shí)，或者需要有 4 根塔柱來(lái)分散塔架的內(nèi)力時(shí)，常常做成倒 Y 形與倒 V 形。倒 V 形也可增設(shè)一道中間橫梁變?yōu)? A 形 ，但只適用于放射形索面。 15 圖 橋塔的縱向形式 橋塔的橫向形式 單索面橋塔形式有單柱形、倒 V 形（或 A 形）、倒 Y 形；雙索面橋塔形式有雙柱式、 門式（兩根塔柱可以豎直，也可以略帶傾斜）、 H 形（兩根塔柱可以是如圖所示的折線 形，也可以布置成豎直形或傾斜形）、倒 V 形（用于斜向雙索面）、倒 Y 形（也用于斜 向雙索面）；另外，獨(dú)柱形、 A 形、菱形、門形、梯形，它們都適用于梁體位置高出墩 頂甚多時(shí)，也就是梁下通航凈高尺寸很大時(shí)的適用形式。其中菱形的兩根斜柱在橋面梁 體以下反向內(nèi) 縮，這樣既可以減小下部結(jié)構(gòu)的尺寸，在造型上也比較美觀，被稱為菱形。 梯形也可將梁體以下部分的兩根塔柱向內(nèi)收進(jìn)，形成花瓶形。還有鉆石形塔架，其各部 分的比例勻稱和諧，外形最為美觀。雙柱形及門形塔架的面內(nèi)剛度較差，但結(jié)構(gòu)構(gòu)造最 為簡(jiǎn)單，施工也比較方便，適用于中小跨徑的斜拉橋。有時(shí)，當(dāng)塔柱的橫向間距較?。? 較窄）時(shí)，雙柱形及門形可增設(shè)一些橫向連接桿來(lái)提高其面內(nèi)的剛度，但這洋做的結(jié)果 常帶來(lái)景觀上的受損以及施工困難。在菱形等形式的斜柱轉(zhuǎn)折點(diǎn)處必須有一根受拉的橫 桿來(lái)平衡塔柱的水平分 16 力。 圖 （ a） 單索面的塔架形式 圖 （ b）雙索面的 塔架形式 圖 梁體高出塔基甚多時(shí)的塔架形式 橋塔的橫向形式 17 早期斜拉橋的橋塔都是仿照懸索橋采用門式 ．為的是使橋塔有較好的剛度來(lái)杭風(fēng)力。 后來(lái)的實(shí)踐證明由斜索傳給主塔的水平風(fēng)力并不太大 ， 可以采用單根或雙根獨(dú)立的塔柱 形式 ， 當(dāng)塔柱頂部在橋的橫向產(chǎn)生移動(dòng)時(shí) ． 斜索由于伸長(zhǎng)的關(guān)系會(huì)產(chǎn)生索力的增值而迫 使塔頂回到原來(lái)的位置 ，因此對(duì)塔的穩(wěn)定起到約束作用 。但現(xiàn)代斜拉橋的跨 徑越來(lái)越大， 再加上考慮地震等因素 ， 橋塔的面內(nèi)剛度還是要加以注意 。 因此 ， 對(duì)較大跨徑的斜拉橋， 特別是從改善扭振的角度出發(fā) ， 單柱式及雙柱式的橋塔采用時(shí)必須非常慎重 。 各種橋塔 形式的特點(diǎn)具備不同的適應(yīng)性要求和美學(xué)效果 。 本設(shè)計(jì)力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、 受力合力 ， 選用 A型橋塔。 拉索橫向形式有單面索，雙面索和三面索