橋梁橋塔數(shù)的比較

工程力學(xué)論文淺談在實(shí)際工程中橋梁塔數(shù)的選擇--以南京長(zhǎng)江二橋和泰州長(zhǎng)江大橋?yàn)槔齾沁M(jìn)(05211105)(東南大學(xué)，南京211189)摘要：簡(jiǎn)要從結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性、施工難度和經(jīng)濟(jì)等角度分析大跨度橋梁橋塔數(shù)的選擇，本文主要以南京長(zhǎng)江二橋和泰州長(zhǎng)江大橋?yàn)槔U述二塔和三塔各自的利弊。關(guān)鍵詞：橋塔數(shù)、穩(wěn)定性、施工難度、經(jīng)濟(jì)Discussiononthechoiceofthenumberofbridgetowersin

practicalengineeringWuJin(SoutheastUniversity,Nanjing211189)Abstract：Nbriefanalysisfromthestabilityofthestructuralsafetyoftheconstructiondifficultyandeconomicpointofviewthechoiceofthenumberofbridgetowers.ThispapermainlycomparesTheSecondYangtzeRiverBridgeinNanjingwithTaizhouYangtzeRiverBridge.keywords：TowernumberStability,thedifficultyofconstruction,economy引言在江蘇范圍內(nèi)的已建或在建的八座長(zhǎng)江大橋中大部分是采用雙塔橋墩形式，而在2012年11月25日正式通車(chē)的泰州長(zhǎng)江大橋卻獨(dú)創(chuàng)一格采取三塔結(jié)構(gòu)，在此我想簡(jiǎn)要地用控制變量法從整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、施工時(shí)間長(zhǎng)度和難度、花費(fèi)資金量等角度，以南京長(zhǎng)江四橋和泰州長(zhǎng)江大橋?yàn)槔?，逐一分析雙塔和三塔各自的優(yōu)缺點(diǎn)。最后總結(jié)出在大跨度橋梁工程中采用何種方案更加合理和節(jié)約成本。

兩橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介南京長(zhǎng)江第四大橋位于南京長(zhǎng)江第二大橋下游約10公里處，是中國(guó)首座三跨吊懸索橋，被譽(yù)為“中國(guó)的金門(mén)大橋”，全長(zhǎng)28.996公里，其中跨江大橋長(zhǎng)約5.448公里，主跨采用1418米三跨吊懸索橋方案。南京長(zhǎng)江四橋總投資68.6億元，全線按雙向六車(chē)道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，其主纜分跨為(166+410.2)+1418+(363.4+118.4)=2476m；塔頂主纜理

論交點(diǎn)標(biāo)高234.2m,主纜中心線最低點(diǎn)標(biāo)高為234.2m-157.50m=76.7m,主纜垂跨比1/9.003，跨江大橋長(zhǎng)約5.5公里。主纜采用高強(qiáng)度鍍鋅平行鋼絲索股(PPWS)組成。每根主纜中，從北錨碇到南錨碇的通長(zhǎng)索股有135股，北邊跨另設(shè)6根索股，在北主索鞍上錨固；南邊跨設(shè)8根背索，在南主索鞍上錨固。每根索股由127根直徑5.35mm的高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲組成。泰州長(zhǎng)江大橋是江蘇省繼成功建設(shè)江陰大橋、潤(rùn)揚(yáng)大橋之后建設(shè)的又一座特大跨徑橋梁，工程全長(zhǎng)62.088公里，全線采用雙向六車(chē)道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，項(xiàng)目總投資93.7億元，建設(shè)工期為五年半。其中，跨江主橋及夾江橋全長(zhǎng)9.726公里，橋面寬33米?？缃鳂虿捎昧酥骺?x1080米的三塔雙跨鋼箱梁懸索橋，系世界首創(chuàng)。中塔采用縱向人字形、橫向門(mén)式框架型鋼塔，其大節(jié)段制造和安裝技術(shù)的使用在國(guó)內(nèi)尚屬首次。由此可見(jiàn)，泰州長(zhǎng)江大橋的跨江長(zhǎng)度比南京長(zhǎng)江二橋多出1.6公里，其主跨分別為2x1080和1418米，并且兩者都為懸索橋。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

成橋狀態(tài)主纜軸力^4.2成橋狀態(tài)主成軸力(單位:kN)座橋的重量都會(huì)通過(guò)纜繩傳遞給塔橋，塔橋再傳遞給橋墩地基，在此我們只研究橋塔受纜繩的作用力情況。成橋狀態(tài)主纜軸力^4.2成橋狀態(tài)主成軸力(單位:kN)第一是塔橋端的支座反力。只考慮過(guò)江橋面的重量為G+N*L,則支座反力Fa=Fb=(G+N*L)/2。塔橋頂端收到的拉力：塔橋頂端的受力狀況為，利用三角形原理，纜繩與橋面所成角度a=arctan(4H/L)，設(shè)離橋兩端距離為x處得一小段微元重量A=(G+N*L)*Ax/L,進(jìn)行力的分解的沿纜繩的力為AF=A/sina，對(duì)AF進(jìn)行積分得塔橋頂端受力為(G+N*L)/4sina.抗拉強(qiáng)度，設(shè)纜索的橫截面積為A,那么其拉應(yīng)力為(G+N*L)/(8sinaA)第二是橋塔段的力矩。簡(jiǎn)化受力為均勻受力狀況，則在塔橋端面，南京長(zhǎng)江四橋南京長(zhǎng)江四橋跨江長(zhǎng)度6250米，設(shè)橋梁整體自重為G，懸拉索部分橋長(zhǎng)為L(zhǎng),兩座橋塔高度為H,同行人群荷載集度為N，根據(jù)成橋狀態(tài)主纜軸力圖，我們可以把纜繩的受力狀態(tài)簡(jiǎn)化為線性關(guān)系，即成M型的受力狀況。而整

根據(jù)力矩平衡可得Mn=[1/8(G+N*L)]*(1/8L)=1/[64(GL+NL2)]撓度：利用疊加法，在均勻荷載時(shí)橋中的撓度為y1=5qL4/(384EI),在單個(gè)支反力作用下的撓度為y2=[F*0.25L(3L2-4(0,25L)2)]/48EI，則在梁中點(diǎn)的撓度為y=y1-2y2成橋狀.虹.梁彎外:y=5qL4/(384EI)-2[F*0.25L(3L2-4(0,25L)2)]/48EI其中q=(G+N*L)/L,F=(G+N*L)/2

泰州長(zhǎng)江大橋成橋狀.虹.梁彎外:泰州長(zhǎng)江大橋跨江長(zhǎng)度大約為7千米，依舊設(shè)橋梁整體自重為G，懸拉索部分橋長(zhǎng)為L(zhǎng),兩座橋塔高度為H,同行人群荷載集度為N根據(jù)上頁(yè)計(jì)算方法，對(duì)于三塔結(jié)構(gòu)的支座反力為Fa=Fb=(G+N*L)/3，纜繩與橋面所成角度a=arctan(6H/L),設(shè)離橋兩端距離為x處得一小段微元重量A=(G+N*L)*Ax/L,進(jìn)行力的分解的沿纜繩的力為AF=A/sina，對(duì)AF進(jìn)行積分得塔橋頂端受力為(G+N*L)/6sina.抗拉強(qiáng)度，設(shè)纜索的橫截面積為A,那么每根纜索的拉應(yīng)力為(G+N*L)/(12sinaA)撓度：利用疊加法，我們截取兩座橋塔之間的部分處進(jìn)行研究。首先，在均勻荷載時(shí)撓度為y1=5q(L/3)4/(384EI),其次對(duì)于兩端的支反力作用y2=[F(L/6)3]/3EI.則在梁中點(diǎn)的撓度為y=y1-2y2y=5q(L/3)4/(384EI)+2[F(L/6)3]/3EI.其中q=(G+N*L)/L,F=(G+N*L)/3

由上面的數(shù)據(jù)處理來(lái)看，如果我們假定兩種類型的橋的各種參數(shù)是相同的，那么顯然三塔的支座反力比二塔的要小很多，抗拉強(qiáng)度同樣如此。而撓度對(duì)比中我們可以看出南京長(zhǎng)江四橋橋中的撓度比泰州長(zhǎng)江大橋要大一些。泰州長(zhǎng)江大橋位處江面寬闊之處，據(jù)測(cè)量，大橋跨越的長(zhǎng)江江面寬達(dá)2.3公里，河床呈淺W形斷面，采用三塔兩跨懸索橋能最大限度地利用橋址區(qū)河床特點(diǎn)，并能適應(yīng)長(zhǎng)江河勢(shì)的變化，同時(shí)由于水中只有一個(gè)主塔基礎(chǔ)，最大限度減少了建橋?qū)λ鞯挠绊懀档土舜白搽U(xiǎn)的幾率。因此，在考慮到環(huán)境水紋等因素的條件下，泰州長(zhǎng)江大橋采用三塔的方法是有利于整體結(jié)構(gòu)和行船安全的。施工難度南京長(zhǎng)江四橋兩座橋塔設(shè)計(jì)高度229.4米，高度適中，其南橋塔基礎(chǔ)采用48根樁長(zhǎng)60米的鉆孔灌注樁，北橋塔基礎(chǔ)采用38根樁長(zhǎng)超過(guò)120米的鉆孔灌注樁，具有極高的技術(shù)含量和很大的施工難度。泰州長(zhǎng)江大橋中塔高191.5米，采用世界上高度第一的縱向“人”字形、橫向“門(mén)”字形框架型鋼塔，此為目前世界最高鋼橋塔。對(duì)于三塔結(jié)構(gòu)需要額外的主副塔施工流程，并且在負(fù)載最不均衡的情況，也就是所有負(fù)載都在主橋跨上而沒(méi)有在側(cè)橋跨，橋板在垂直方向的變形必須要控制在一個(gè)合理的范圍之內(nèi)。經(jīng)濟(jì)情況從實(shí)際工程上來(lái)看，南京長(zhǎng)江四橋總投資68.6億元，泰州長(zhǎng)江大橋投資93.7億元，多出25.1億元，從物資、人力來(lái)看需求都會(huì)更大點(diǎn)。從建設(shè)周期看，泰州長(zhǎng)江大橋?yàn)槲迥臧耄暇╅L(zhǎng)江四橋提前到五年完成。由此可見(jiàn)，一定程度上采用普遍的雙塔構(gòu)造一般能減少工程投資和建設(shè)周期，并且在施工過(guò)程中已經(jīng)大致形成了完善熟練的流程和預(yù)案準(zhǔn)備。結(jié)論不管是采用雙塔還是三塔結(jié)構(gòu)，都要結(jié)合各種因素進(jìn)行綜合考慮。南京長(zhǎng)江四橋懸索橋增添了一種新穎優(yōu)雅的美融合到了南京橋梁的整體塑造中去，磅礴大氣的整體構(gòu)造令人耳目一新。在水紋，地形，人文、長(zhǎng)江岸線資源的充分利用問(wèn)題等各種因素考慮之下，泰州長(zhǎng)江大橋采用三塔懸索橋橋型。開(kāi)闊的水域使得整體跨江橋長(zhǎng)加長(zhǎng)，采取三塔不僅可以節(jié)約投資還可以擴(kuò)展通航航道，并且主橋邊塔與中塔之間1080米的跨徑，將首次在世界上實(shí)現(xiàn)三塔懸索橋塔跨徑由百米向千米的突破。”工程力學(xué)是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)普遍規(guī)律及其在荷載作用下形變等方面基本規(guī)律的學(xué)科，在學(xué)習(xí)這門(mén)課程后，我們具備了對(duì)簡(jiǎn)單構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的分析能力，可以將實(shí)際工程中遇