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1工程概況

上橫梁斷面高度由中心處6m漸變至根部處8m，上下曲線均為圓曲線，半徑分別為99．74m、101．46m。采用單箱單室截面，上橫梁順橋向等寬5．5m，上橫梁四個側(cè)墻壁厚均為1．35m。下橫梁斷面高度由中心處5m漸變至根部處8m，下曲線為圓曲線，半徑為75．02m。下橫梁順橋向等寬9m。采用單箱單室截面，下橫梁左右側(cè)墻壁厚均為1．35m，上下側(cè)墻壁厚均為1m。上、下橫梁均設(shè)置預應力鋼絞線。所有預應力錨固點均設(shè)在塔柱外側(cè)，采用深埋錨工藝，預應力管道采用塑料波紋管、真空壓漿工藝。

2索塔橫梁的設(shè)計與計算

因維修和養(yǎng)護引起的最不利荷載同樣也控制設(shè)計，在設(shè)計階段須提前做好準備，以降低后續(xù)維修和養(yǎng)護的難度，因此考慮維修和養(yǎng)護的極端工況是十分必要的。注意弧線形構(gòu)造對承載力的影響大橋索塔橫梁承載力計算的控制性荷載類型為扭矩，主要是因為本橋索塔橫梁為弧線形橫梁，跨中截面偏小，抗扭截面驗算和抗扭承載力驗算往往不易通過，因此設(shè)計時須著重加強橫梁的抗扭承載能力，特別是在橫梁尺寸擬定時應注意提高截面的抗扭特性，避免截面尺寸的反復修改。弧線形橫梁預應力鋼束產(chǎn)生的徑向力對橫梁腹板產(chǎn)生較大的豎向拉力，設(shè)計時注意加強腹板的抗拉承載能力，并盡量增大弧形鋼束半徑(根據(jù)徑向力公式N/R=F可推斷，半徑越大，鋼束產(chǎn)生的徑向力越小)，以降低徑向力的影響。施工態(tài)應力控制的影響因素在進行索塔橫梁施工態(tài)應力計算時主要注意以下兩個因素的影響:下橫梁預應力對索塔根部應力的影響。本項目下塔柱高度僅17m左右，相對常規(guī)使勁拉橋的下塔柱而言偏矮，在下橫梁預應力張拉后，索塔根部產(chǎn)生了3．4MPa的拉應力，與其他荷載組合后，可能使索塔根部無法滿足正常使用要求，甚至產(chǎn)生局部微裂縫。使勁拉橋索塔設(shè)計時應盡量增加下橫梁以下塔柱(簡稱下塔柱)的高度，避免因下塔柱偏矮，塔身剛度大，在橫梁預應力作用下導致索塔根部拉應力大幅增大。根據(jù)以往經(jīng)驗，下塔柱高度可按使勁拉橋主橋橋跨L與橋面高度H1之比小于12～15倍確定。施工風荷載對索塔橫梁應力的影響。在計算施工階段時，大橋索塔橫梁因索塔塔身過高，所受的橫向施工風荷載過大，導致橫梁施工態(tài)應力超出規(guī)范要求，須特別引起設(shè)計人員的注意。施工態(tài)應力控制方法以大橋索塔橫梁計算為例，為應對上述不利因素的影響，擬定了施工工序。考慮如何減小索塔橫梁預應力對索塔根部應力的影響，通過多次計算比對，確定在索塔施工至下橫梁上緣以上18m高度處由內(nèi)向外設(shè)置5000kN的頂推力，待完成頂推后再澆筑下橫梁，該方法主要用以抵消索塔根部過大的拉應力。另外，可綜合橫梁受力，采取適當降低預應力鋼束的張拉控制應力，或降低預應力鋼束配筋率且同時降低構(gòu)件驗算等級(如原采用全預應力砼構(gòu)件驗算，現(xiàn)可采用A類預應力砼構(gòu)件驗算)的措施，以減少索塔根部拉應力。采取措施前后應力對通過計算發(fā)現(xiàn)上述兩種措施均可較好地減少索塔根部的拉應力，特別是設(shè)置頂推力的措施，既對控制索塔根部拉應力效果明顯，同時還不影響橫梁自身的應力水平，值得推薦。其次考慮如何降低施工風荷載對索塔橫梁應力的影響。先根據(jù)橫梁恒載受力確定初步張拉的下橫梁鋼束根數(shù)，通過在不同的索塔高度反復驗算橫梁應力值，確定施工索塔的最大高度;再在施工到該索塔高度時完成剩余預應力鋼束的張拉。本項目根據(jù)上述方法確定在未澆筑下橫梁的情況下施工索塔的最大高度為54m。該方法同樣也能較好地控制施工階段索塔根部截面的拉應力，因為已施工完的中塔柱為索塔根部截面提供了較大的豎向壓力，儲備了一定的豎向壓應力，可抵消部分索塔根部的拉應力。這樣既可控制好施工階段橫梁應力，又可很好地控制施工階段索塔根部應力，保證了施工過程中結(jié)構(gòu)的安全，建議在今后的索塔橫梁設(shè)計中多采用。

3運營態(tài)應力的控制及鋼束的布置要點

運營態(tài)應力的影響因素索塔橫梁應力的影響因素主要有:活載;風荷載;環(huán)境溫度變化;局部溫度變化;鋼索與梁、塔之間的溫度差;塔左右溫度差。為控制諸多因素在運營態(tài)產(chǎn)生的應力值，索塔橫梁須設(shè)體內(nèi)預應力鋼束。預應力鋼束布置要點鋼束沿索塔橫梁頂?shù)拙壔【€形狀布置，使索塔橫梁受力更均衡;適當彎起中間鋼束，以便調(diào)整主拉應力;在保證結(jié)構(gòu)受力的條件下，盡量加大預應力鋼束半徑，以減小鋼束徑向力對橫梁腹板產(chǎn)生的豎向拉應力。以下列舉大橋索塔上下橫梁鋼束布置圖以供參考。本文通過大橋索塔橫梁的設(shè)計與計算，對索塔橫梁的一些關(guān)鍵性問題有以下幾點體會:承載力計算時除考慮常規(guī)極端工況，還應考慮維修和養(yǎng)護引起的極端工況，提前做好設(shè)計，以降低后續(xù)維修和養(yǎng)護的難度。注意橫梁弧線形構(gòu)造對承載力的影響，提高抗扭能力，降低鋼束徑向力。建議在設(shè)計階段減小下塔柱剛度，降低橫梁預應力對下塔柱的影響，必要時可采用設(shè)置頂推力的方法改善下塔柱受力。建議在索塔施工到一定高度時分批張拉下橫梁預應力，控制好下橫梁根部和索塔根部受力，保證施工過程中橫梁的結(jié)構(gòu)安全。在運營態(tài)橫梁應盡可能做足壓應力儲備，以降低其他不可預測因素對其正常使用的影響。

作者：黃琛單位：廣東省公路勘察規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司