双层预应力混凝土自锚式悬索桥设计分析

张杰

（重庆路威土木工程设计有限公司，重庆 400060）

0 引言

对于悬挂桥来讲，发展历史是非常长的，在1883年，吊桥进入了快速发展时期。近代悬索桥之所以得到良好的发展，主要表现在两方面，分别是布鲁克林桥的构建，在构建该桥的时候，不管是主揽材料还是采取的施工方式，都进行了一定的改进和创新，并且对近现代悬索桥体系进行了全面的完善。另外则是挠度理论的形成，该项理论促使悬索桥朝着轻型化趋势迈进跨境，得到了明显的改变，在这一阶段内，一种特殊类型的悬索桥随之出现，其是自锚式悬索桥，该种类型的悬索桥产生的作用极高，伴随着新时代的发展而日益完善，因此，我国对它的重视程度也是极大的，在目前的城市桥梁作业开展期间全面实施了自锚式悬索桥的设计工作，并且落实了基本的设计要点。

1 对于自锚式悬索桥特征的分析

通过相关探究来看，自锚式悬索桥本身有着诸多的特征，其中，相关的特点表现在多个环节上。①在主梁端部设置了主缆锚固，该项操作可以节省成本，确保让软土地基建设悬索桥的安全性以及稳定性，使得锚式悬索桥设计工作得到有效的开展，造型方面也越来越简便，这和我国城市景观要求完全相符合。②从受力方面进行探究，自锚式悬索桥其实是索梁结构中的一部分，将轴向力落实与主梁中，可以优化主梁本身的受力效果，除了有利于增强经济性之外，还从一定程度上优化了混凝土梁的抗裂性能。③自锚式悬索桥无重力高度。自锚式悬索桥加劲梁微分平衡方式如下：

式中：EI-加劲梁竖向抗弯强度，E表现为弹性模量，I是载面惯性矩；n-活载下加劲梁挠度；HP-活载下主缆水平力；Y-恒载下主缆挠度。

当前阶段，从自锚式悬索桥设计工作开展情况来看，其实仅仅是受到竖向荷载作用的一项简支梁，主揽初应力在高度中产生的效果不佳，基于此，对于自锚式悬索桥高度来讲，通常应用索、梁组合体系，以上环节便是影响自锚式悬索桥跨径的实质性原因。除此之外，结合抗震效果探究自锚式悬索桥，由于锚固方式有了明显的改变，结构处于地震方面的耗能方式也随之变化，主塔弯矩和剪力的抗震性能和地锚式悬索桥相比较来看，较低一些。

表1 国内已经建设的自锚式悬索桥

2 桥梁方面的设计工作

2.1 工程案例

在本文中，主要以某项工程案例为主进行详细的探究，该项桥梁工程属于一项混凝土自锚式悬索桥，桥面的宽度是30.5m，一共分为两层，设计出来的方案和当地领域的古建筑特点相似，上面一层为车形桥，而下面一层则是人行桥。在设计期间，主要是把桥梁和古建筑的风格融合一起，造型简单和美观，稳定性高。

2.2 对主梁进行合理的设计

桥梁设计涉及两点，分别是以上论述的车形桥和人行桥。对于车形桥来讲，是以混凝土梁为主，借助横梁桥面板将主梁连接起来，同时还需要对主梁标高进行严格控制。而人行桥则是应用钢结构纵横梁，采取吊杆进行悬吊，吊杆间距控制在6m左右，从根本上保障桥梁结构的稳定性。

2.3 主塔方面的设计

主塔在桥梁中的地位极高，其属于一项基本的受力构件，可以将其当成文化展示，主塔的整体高度大约为90m。首先，矩形空心截面塔柱是桥塔中一项主要的受力构件，将塔根和承台相互连接一起，单塔肢宽度为4.5m即可，塔柱内部壁厚1.0m。

2.4 应用缆吊车系统

目前，缆吊系统的组成结构特别多，具体包含了主缆和吊索锁夹等。

当实施主缆中跨设计工作的过程中，必须控制好相关的比例，保持合理性。首先，多个镀锌高强刚丝索股相互组合形成了边跨主缆，而且要想提升抗滑移效果，使其和标准相符合，就应当将边跨主缆中的两股1695mm锚固到主索鞍中。其次，落实基本的主桥吊点距离，吊索包含了98根，对于吊索来讲，必须应用有着较强性能的镀锌平行钢丝。最后，在锁夹应用期间，结合铸钢结构，保持对合性，采用螺栓结合起来，确保强度。除此之外，全铸式传统结构适合被应用到主索鞍内。

2.5 下部结构和抗震方面的设计要点

在主塔承台中，基本的厚度是5.0m，属于钢筋混凝土类型的结构。其中，主塔基础施工期间，应用多根钻孔灌注桩和分离式桥墩，标准的截面尺寸是4.0m×2.2m。目前桥位所处领域有着较强的抗震设防烈度，因为特大桥是非常重要的，因此务必加强对其的抗震设计力度，引进黏滞阻尼器，把它落实于主塔和梁板内，这样的话，就可以符合标准的抗震需求。另外，当实施主梁边墩操作的过程中，还必须应用铅芯橡胶支座，强化抗震效果。

2.6 获取的结果

现阶段，当进行总体静力计算的过程中，需要制定出规范的流程，针对于以上论述的各项结构，则是实施空间结构模拟操作。根据下表中得出的计算分析模型来看，桥梁的稳定性和强度良好，抗风性强，不会受到地震的影响。在计算期间，对主索鞍展开有限元方面的分析工作，借助该种类型的软件构建模型，然后获取准确的数据，如图1、图2所示。

经过相关分析验算来看，混凝土强度均处于较高的状态。

3 桥梁设计技术面临的各项难点

在桥梁设计工作开展期间，还存在着各种各项的难点问题，这些问题是设计期间需要明确注意和预防的。具体如下所示：

图1 计算分析模型

图2 横梁有限元模型

（1）对于主桥来讲，属于一项双层预应力混凝土自锚式悬索桥，在主梁的下部有着两层，分别是非机动车和人行道，因此，在设计期间，应当从主梁和缆索等方面入手，做好两者的探究工作，掌握各项要点，将主梁的受力效果全面呈现出来，使其和标准要求相符合。

（2）将桥梁结构和建筑结构结合到一起产生一定的受力性能，而主塔则是两者的基本受力体系。当进行设计的过程中，务必了解到桥梁和建筑结构内的各项要点，合理的进行设计，以免产生桥塔受力不均匀现象，只有受力性能满足标准要求以后，才能够继续实施工作，最终将具体优势全面体现出来。

（3）对于主揽矢跨比来讲，比例表现为1：4.1，当进行设计的过程中，应当做好索鞍方面的设计工作，明确抗滑移设计要点。

（4）将黏滞阻尼器设置与主梁和主塔之间，而铅芯橡胶支座则是设置在主梁边墩处，桩基设置了钢护筒，上述措施的落实能够强化桥的受力性能和抗震效果。

4 结语

从以上论述来看，在城市桥梁全面建设的背景下，自锚式悬索桥因为优势极高，性能良好，造型美观等诸多优势而受到了设计人员的广泛重视，尤其是对于景观类自锚式悬索桥桥来讲，无论是桥塔还是缆索等方面都有着极为明显的特征，相信在未来必定有着良好的发展趋势。