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桥梁工程的结构形式及其实例

摘要：近年来，随着桥梁结构形式的创新和使用材料的迅猛发展，这使得桥梁既能保证使用功能要求，具有足够的刚度、稳定性和耐久性，又能保证索结构造型优美、用料省、自重轻、跨度大等特点，充分体现了现代结构技术，巧妙和新奇。加之经济的发展，人们对于桥梁的功能性和美观性要求的提升，在很多地方出现了具有空间结构形式的新型桥梁。这里选择介绍大跨径曲线梁非对称外倾拱桥、自锚式桁吊组合钢连续梁桥、拱形塔自锚式悬索与斜拉组合体系、空间预应力索桥等新式桥梁结构的特点。
关键词：桥梁工程、空间预应力结构、空间索结构

1 大跨径曲线梁非对称外倾拱桥实例—南宁大桥
1.1 工程简介
南宁大桥位于广西南宁市东南郊，跨越邕江，北岸是青秀山风景区，南岸是蟠龙新区．考虑到与周围环境的协调统一，设计上对美学的要求很高．因此在总体造型上，南宁大桥以柔和的曲线作为基本元素，主拱肋和主梁均采用曲线形式。主桥创新性的采用“大跨径曲线梁非对称外倾拱桥”．主桥跨径300m，上部结构由(1)两条倾斜的钢箱拱肋、(2)桥面曲线钢箱梁、(3)倾斜的吊杆、(4)系杆和(5)肋问平台组成空间结构体系，总体布置如图所示
1.2 结构简介
(1)拱肋
两条拱肋各自位于其拱平面内，向外不对称倾斜．东侧拱肋计算跨径300m，矢高82．92拱平面横向倾角69．72。．西侧拱肋计算跨径300m，矢高86．74m，拱平面横向倾角66．54。．承台以上至桥面附近为混凝土拱肋，再往上为钢拱肋．混凝土拱肋和钢拱肋均采用等宽变高的单箱单室截面。
(2)钢箱梁
主梁位于半径1500m的平曲线上，采用单箱单室扁平流线型全焊钢箱梁．宽35．016m，中心高3．5m．
(3)吊杆
采用i09①5．Omm平行镀锌钢丝成品索，纵向间距9m，全桥共26对。
(4)系杆
共设32束系杆，16束为平面内直线布置，16束为平面内曲线布置(为平衡吊杆产生的横向分力)．全部系杆布置在钢箱梁内，锚固于肋间平台上。
(5)肋间平台
作为锚固系杆的特殊构造，肋间平台由一段主梁和连接东西两拱肋的横梁组成．它一方面是主桥箱梁和引桥箱梁的支撑，另一方面又是系杆的锚固位置，是传递系杆张力来平衡拱肋水平推力的关键构造。
1.3 空间受力特点
南宁大桥主梁弯曲，两侧拱肋不对称向外倾斜，且桥面以上拱肋间无风撑及其他横向连接，这些特殊的空间构造形式使得南宁大桥存在特殊的空间受力平衡关系。
(1)拱的面内平衡
桥面系荷载由吊杆传递到两侧的拱肋上。由于吊杆平面与拱肋不共面，因此吊杆拉力T可以分解为拱肋平面内的T。和垂直拱肋平面的T，同样的，拱肋自身的重力G也可以分解为平面
内的G。和垂直平面的G，．因此在拱肋平面内，按照常规拱桥的设计方法，基于L和G，设计合理拱轴线，使得拱肋以受压为主．而拱肋内产生的水平推力，则由锚固在肋间平台上的系杆提供的水平张力来平衡。
(2)拱的面外平衡
由于拱肋的外倾构造，拱肋自重的G。分量使得拱肋有向外倾覆趋势；因此设计上采用吊杆与拱肋不共面，利用吊杆拉力的T，分量来平衡G，，以降低拱肋的面外弯矩和扭矩。
(3)主梁的横桥向平衡
由于东西侧拱肋倾角不同，导致主梁两侧吊杆产生的水平分力不相同，其差值在主梁内产生横向力。因此相应的在钢箱梁内布置反向弯曲的系杆来平衡横向力。
2 浙江平湖通天桥
2.1 工程简介
通天桥位于浙江省平湖市乍浦镇浙江省九龙山旅游度假区，跨越小龟山与外蒲山间海峡!。桥址处海面宽约290m，主漕偏南，距北岸约35m处有一小岛，岛周围约50m范围内为海滩，退潮时露出水面。利用这种地形，为减少跨度，节省造价，在北面海滩上设小跨引桥，长约80m，南面主漕中设主桥。由于桥址位于海峡风口，风力大，海底深达30m余米，故宜选用跨度较大，抗风性能好的桥型。结合考虑工程造价以及使用年限，选用空间预应力索桥，跨度208m。这种桥梁，由承重缆、桥面缆和抗风缆组成空间索系,3种缆索中都施加了预张力，外载所产生的负张力，抵消了部分预张力，结构变位较小，刚度大。桥面采用钢丝网结构，风阻力小、抗风性能好。跨度大、造价省、结构轻巧美观。
2.2 结构构造
空间预应力索桥由承重缆、背缆、桥面缆和抗风缆以及它们之间的系索组成。4种缆索均高强度钢绞线制成并施加了预张力，钢绞线经环氧用树脂与高密度聚乙烯工程塑料双层防护。承重缆和抗风缆的钢绞线呈矩阵排列。索夹由钢板及螺栓组成钢板式索夹，背缆钢绞线排列

成正六角形断面。桥面索的钢绞线并排在桥面半框架横接，跨间由系索相连。桥面缆上铺拉板网桥面。半框架两侧立柱作为栏杆立柱，顶部设钢绞线扶手索，中部采用钢丝绳作栏杆索。承重缆与背缆上端均用挤压锚锚固于连接头上。连接头与塔顶销接形成销接式结点。背缆下端用夹片锚锚固于锚架上。锚架通过后张预应力索锚于主锚碇中。桥面缆锚固在索塔承台中。抗风缆锚固于抗风锚碇上。锚碇除北面主锚碇因地基破碎采用重力式锚碇外，其余均采用预应力岩锚，锚固于微风化岩层上。形撑杆为钢管混凝土结构，顶端用水平系缆及风缆固定，风缆下端锚固在抗风锚碇上，底端用球铰支承于基座上。基座基础采用挖孔桩支承于微风化岩层。
2.3 结构特点
（1） 空间预应力索桥使用强度高、弹性模量大的高强度钢绞线作为力索材料。施加预加应力的上、下、左、右力索，形成空间索系。尽管结构很轻，重力刚度较小，但是索中施加的预加应力弥补了这个不足。4个方向的力索中的预应力起到类似重力刚度（更确切地应称为拉力刚度）的作用，使结构的竖向和侧向刚度均有很大提高。
（2）在跨越结构中，受拉构件所占比例大，除桥面系外，均为高强度拉索，因此，用料甚为经济。桥跨结构用钢量仅为88Kg/㎡，计入撑杆和锚碇用钢量也只有229Kg/㎡，
（3）钢绞线经环氧树脂与高密度聚乙烯工程塑料双层防护。环氧树脂保护钢绞线避免锈蚀，高密度聚乙烯工程塑料既能保护钢绞线又能防止环氧树脂老化，使结构具有良好的耐久性。
（4）桥面采用透风的拉板网结构，风阻力小，大大提高了结构抗风稳定性。
（5）索网所形成的0 张曲形空间索面外观轻盈优美，桥形美观，桥上、桥下畅通无阻。空间预应力索桥作为索结构桥梁的新形式，有效地解决了目前困扰索桥发展的一些主要问题。其中所采用的钢板式索夹以及销接式结点等，在国内均属首次应用。
3 天津海河进步桥
天津海河进步桥全长180m，跨径布置26m+128m+26m．桥型为自锚式桁吊组合钢连续梁桥．该桥融合了连续梁、桁架和拱桥的受力特点，突破传统的桥梁体系，是一种新型的空间组合桥梁．上部结构包括主上弦杆(钢箱梁)、次上弦杆(圆钢管)；主／次竖杆(异型组合构件)；斜杆(箱型截面)；主／次横撑(箱型截面)；吊杆(实心钢拉杆)；以及下弦杆(行车道梁)．整个结构将桥面系和承重系有机组合在一起，形成空间受力体系．

4 常州京杭运河龙城大桥
京杭运河龙城大桥位于常州新城区，跨越京杭运河，桥梁设计的景观要求比较高。主桥采用创新的拱形塔自锚式悬索与斜拉组合体系，跨径布置为72．2m(斜拉桥)+113．8m(悬索桥)+30m．主塔为变截面拱形门式桥塔，为散索要求和美观考虑，上方设置次塔与主塔柱呈60。夹角。整个桥梁在桥面以上部分(包括桥塔和缆索体系)均为空间曲线造型，设计计算上具有空间结构的特点。
5 结束语
由于新结构形式和新材料的开发、理论分析工具的完善和施工方法工艺的进步、桥梁周围的自然条件特殊等因素，促使桥梁工程师们打破传统桥梁形式，按单一受拉构件进行设计，从而形成了一批全新概念桥梁。很多结构型式在中国尚属首创，填补了国内空白。建成后的桥梁大多美观、轻盈、品位高；坚固、稳定、安全，跨越能力大；具有较大的强度和刚度以及良好的耐久性和抗风稳定性，充分体现了现代结构技术的巧妙和新奇，为桥址区增添了一道亮丽风景线。

参考文献
[1]中国公路学会桥梁和结构工程分会．面向创新的中国现代桥梁[M]．北京：人民交通出版社，2009。
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[5]范立础，杨澄宇。空间结构在桥梁工程中的应用。同济大学，2009.
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