浅述矮塔斜拉桥结构设计要点

王迎春

（苏交科集团股份有限公司 江苏南京 210017）

0 引言

矮塔斜拉桥又称为部分斜拉桥，是相对于传统斜拉桥进行定义的。该结构在国内属起步阶段，虽已有建成工程实例，但数量相对于系杆拱等较少，具有一定的新颖性和时代性，结构特性介于连续梁桥与传统斜拉桥之间。

矮塔斜拉桥结构形式对于100m跨径左右的桥梁，是一种经济性能、力学性能都较合理的桥型方案，该种桥型在国外建成多座，最大跨径已达180m。我国也有建成实例。该种桥型与连续刚构方案相比，箱梁梁高减少一半，使桥梁立面显得轻巧纤细，索塔高度比斜拉桥低约一半，且索塔上不设拉索锚具，使索塔尺寸可大大减少，因而比传统斜拉桥具有更好的经济性。通过对索塔造型的建筑设计处理，矮塔虽然没有传统斜拉桥索塔的挺拔高耸的气势，但其更接近人的视线，对行驶车辆内的人会产生更强烈的印象。

1 矮塔斜拉桥概述

在中等跨径桥梁中，矮塔斜拉桥在结构上和经济上具有较强的竞争力。矮塔斜拉桥相当于将预应力钢束布置在箱梁有效高度以外，相对于一般预应力箱梁桥，其自重和预应力数量都较小。与传统斜拉桥相比，各索之间应力变化较小，可显著降低索塔高度。同时，该桥型结构受力也很明确：主梁主要承担一期恒载；斜拉索作为体外预应力主要承担铺装等二期恒载和活载，该部分约占总荷载效应的30%左右。此外，部分斜拉桥施工期间的受力状态与成桥后受力状态基本一致，结构体系转换时间短暂，效果良好。

相比于传统斜拉桥，由于塔矮，矮塔斜拉桥斜拉索在活载作用下的应力变化幅度较小，斜拉索受力性能更好。在低应力变幅下，斜拉索的疲劳问题也可以大大缓解，使用可以更耐久，减少了后期维护成本，达到节省造价的目的。

2 结构优越性

部分斜拉桥一般在立面上多数为双塔居多，也有少数为单塔。在横断面上的处理一般有三种办法：①全桥宽为整体，设置两个索面，这种布置使桥面以上有较多塔柱和索面等建筑物，但对较宽的桥面仍然是比较简洁和宽敞的；②全桥宽设置一个索面，为单承载面部分斜拉桥桥型，桥面上行车较双索面方案更有宽敞开阔的感觉，但当桥梁较宽时单承载面会使箱梁横向受力更复杂一些；③将桥梁宽度方向分成两幅箱梁，整个桥梁分成上、下游两座平行的部分斜拉桥结构，降低结构难度。

3 抗腐蚀性

预应力混凝土箱梁和混凝土索塔耐久性能好，养护维修工程简单。成品斜拉索索一般均用三层防护，抗腐蚀性能较好，成品索类型基本有钢铰线成品索和平行钢丝成品索两种。

矮塔斜拉桥的施工相对也比较简单，最主要的是要尽量减少对航道的影响。若现状航道等级较低，远期规划航道等级较高，可采用满堂支架结合贝雷梁等万能杆件的做法，主塔主梁及预应力在支架上施工完毕后，再张拉斜拉索，此种方法造价最省，工期最短；若现状航道较高，则主桥大部分梁体及主塔可在岸上完成，剩余的主桥可采用预制悬臂拼装或者采用挂篮悬臂浇筑的施工方法，并逐步配合张拉预应力及斜拉索，此方法相对复杂，工期较长。

4 工程概况

下面以2005年建成通车的浙江省嘉兴市杭州塘大桥为例，简单谈谈部分斜拉桥的设计。

杭州塘大桥是嘉兴经济开发区跨越京杭大运河及已建吉扬路，连接建成区域和西南新增高新技术园区的主要桥梁，位于开发区主干道昌盛路上，连接运河两侧的开发区，地处中山西路城市副中心地带，周围是主要商业区。设计采用优雅不失活泼，奔放不失稳重的部分斜拉桥桥型，以独特的风格与周围环境融为一体。

杭州塘大桥全长为298.16m，桥梁平面位于直线段。

通航等级为五级。主跨为双索面部分斜拉三跨等截面连续梁，跨径为36+65+36m，采用塔梁固结、塔墩分离的稀索体系形式。混凝土主梁采用单箱十室截面，梁高2.0m，全宽40.0m。桥面铺装为8cm的混凝土垫层和8cm的沥青层，桥面横坡为双向1.5%的横坡，梁顶与桥面横坡一致，梁底水平。钢筋混凝土主塔采用花瓶形造型，塔高9.521m，塔横向间距为18.4m。

图1 桥型总体立面

图2 桥梁效果

因现状航道等级较低，考虑到工程造价、施工工期及方便施工等因素，混凝土主梁采用贝雷梁结合满堂支架施工。

混凝土主梁采用闭口的全预应力箱式结构，两侧悬臂各2.4m。除在各支点及中跨跨中设置横梁外，在斜拉索锚固位置各设置一道拉索横梁。边支点横梁采用L形带牛腿的形式，厚1.7m；中支点横梁厚2.0m；拉索横梁及中跨跨中横梁厚均为0.4m。

主梁采用纵、横、竖三向预应力体系。在斜拉索张拉前完成主梁全部的预应力张拉工作。张拉原则是：先横梁，再竖向，后纵向。纵向预应力张拉以先长束、后短束为原则。

在进行斜拉索成品索的材料选择时，收集了相关厂家的实验结果分析，并对某厂进行实地考察后，采用平行钢丝成品索。

在斜拉索索股穿索时，对锚固在主塔内的平行钢丝（已剥除PE套部分）进行保护，防止裸露的钢丝表面受损和锈蚀。

斜拉索的张拉端设置在主梁的箱内。斜拉索采用对称逐股张拉、分级张拉的方法进行，张拉期间，在桥面对应位置开人孔。桥面二期恒载（指桥面铺装）的施工在斜拉索张拉完成后进行。张拉期间，对主梁的起拱值、塔顶位移等进行检测，并与计算理论值进行对比分析。

结构总体计算模型：

（1）满堂支架模拟，现浇主梁；

图3 主梁满堂支架模型

（2）主塔施工，对称、分步张拉纵、横、竖向预应力；

图4 主塔施工模型

（3）主梁落架，对称、逐步张拉斜拉索；

图5 张拉斜拉索模型

（4）拉索张拉完毕，施工铺装等桥面系二期恒载。

图6 成桥模型

图7 建成实景

杭州塘大桥于2005年建成通车，在2010年12月份桥梁通车满5年之际，受建设方邀请，对大桥进行体检，重点检查桥塔、拉索、主梁等主体结构。随机打开了两个斜拉索张拉人孔，检查了斜拉束的锚端，发现箱内干燥，无渗漏水现象，锚端保护良好，桥梁整体质量正常，主体结构正常。会后约定在两年后抽检拉索端部防腐油脂的密实程度，抽样检测拉索索力大小，并根据检查结果再制定相关后续维护方案。

图8 现场检查照片

5 结束语

杭州塘大桥主桥、引桥及引道、排水总决算价为4601万元，主桥结构折算单价为每平方米5000元。相应于同期的传统斜拉桥经济优势明显，比同期的连续梁每平米造价略贵。采用部分斜拉桥后，梁高降低，两侧引坡纵坡降低为2.3%，符合规范要求，收到了比较好的技术经济效果。

矮塔斜拉桥在具体设计中尚有诸多细节应认真考虑，如拉索两侧采用固定索夹还是活动传递、拉索对主塔的偏载受力影响、具体施工时拉索如何穿越主塔以及张拉索力的分级如何确定等等，对于较新结构而言，或多或少会有些技术难关需要去突破，同时也可能会有考虑的欠缺与不周，设计人员需要不断摸索、总结、创新和提高。