(三)斜拉桥的主要构件
1、索塔
在斜拉桥的组成构件中,索塔是表达斜拉桥个性和视觉效果的主要结构物,由塔柱、横梁组成。索塔承受的荷载主要由索塔自重、斜拉索传递的水平、竖直分力及风力、地震力等。索塔在顺桥向布置主要有柱形和A字形钢架两种。A字形钢架在顺桥向刚度较大,有利于承受索塔两侧斜拉索的不平衡拉力。横桥向布置主要有柱式、门式、钻石型、倒V形、倒Y形等。
按构造材料分,索塔主要分为混凝土索塔和钢索塔。混凝土索塔可塑性强,造价较低,维修保养费用低。钢索塔抗震性好,施工速度快,施工精度易得到保证,但造价较高,后期维修保养成本较高。近年来修建的斜拉桥大多为混凝土索塔。
2、主梁
斜拉桥主梁的主要作用为:将恒载、活载传递给斜拉索;承受拉索传递的水平分力形成的轴向力,抵抗横向风载和地震荷载并把这些力传递给下部构造。
斜拉桥主梁按材料可分为混凝土梁、钢梁、钢梁上设桥面板的结合梁以及混凝土梁和钢梁混合使用的混合梁四类。
(1)混凝土梁
混凝土梁造价较低,后期养护较钢梁简单,刚度大,抗风稳定系好。但施工速度不如钢梁快,跨越能力较小。混凝土梁跨径一般在500米以内,如大于500米,因混凝土自重较大,斜拉索和桥梁基础造价将大幅提高,将抵消混凝土主梁造价的优越性。
(2)钢梁
钢梁质量轻,跨越性能优良,适用于超大跨度斜拉桥。分析显示,当主跨大于600米时应采用钢梁。主要分为钢箱梁和钢桁梁。钢桁梁主要用于双层桥面或公铁两用桥。
(3)结合梁
结合梁是采用预制混凝土桥面板代替钢箱梁的正交异形钢桥面板形成的钢混结构。它除了具有钢箱梁的优点外,还能节约钢材用量,其刚度及抗风稳定性均优于钢箱梁。由于采用混凝土桥面板,桥面铺装设计和施工变得较为容易,结合部位稳固可靠,增加了耐久性。
(4)混合梁
混合梁是主跨为钢梁,边跨采用混凝土梁的的桥型。适用于边跨和主跨比值较小的桥型。混合梁的钢混结合部位是设计和施工的难点,为减小过渡段受力的不利情况,设计应将钢混结合段选在剪力和弯矩较小的部位,且应从构造措施上保证传力。
现阶段设计还出现了结合梁和混合梁组合使用的构造类型。主跨采用结合梁设计,边跨采用混凝土梁。
3、斜拉索
斜拉索承受桥面传递来的恒载、活载及风载等,并将其传递给主塔。
斜拉索按构造主要整体安装和分散安装的拉索两类。前者的代表为平行钢丝索和冷铸锚,后者为钢绞线斜拉索和夹片锚。
斜拉索与索塔的连接采用在塔壁上设置锚固齿板、槽口或钢锚箱等。拉索与混凝土主梁连接主要采用箱梁内设横隔板锚固或在梁底锚固。钢梁主要采用钢锚梁、锚拉板或设置拉索导管穿过钢梁腹板几种形式。
按斜拉索在纵向的布置可分为辐射式、平行式、扇式等。辐射式斜拉索是将斜拉索汇集到塔顶,使各根斜拉索都均有最大倾角,索力较小,减少了用钢量。平行式各根斜拉索互相平行,倾角相同,塔中压力逐段向下加大,有利于他的稳定性,缺点是用钢量较大。扇式是介于辐射式和平行式之间,兼具了以上两种形式的优点,较多斜拉桥采用这种形式。
下面笔者将用我家乡的一座斜拉桥——宜宾南溪仙源长江公路大桥为例,向大家介绍相关技术。
(四)斜拉桥主要构件建造技术
1、索塔施工技术要点
索塔是斜拉桥重要承重构件,主要承担竖向压力和部分弯矩。在施工过程中受施工偏差、混凝土收缩徐变、基础沉降、温度变化、风荷载等影响,其几何尺寸、平面位置可能出现偏差,不仅影响外观质量,还会给斜拉索的布置、张拉、调整带来困难,甚至影响结构安全。
(1)塔柱的模板设计是保证索塔施工质量和施工精度的根本。塔柱模板系统一般有翻模、滑模和液压爬模几种。液压爬模因具有面板采用木模重量轻、爬升速度快、操作人员少、外观质量好、施工安全性好,同时能适应倾斜度较大的索塔施工的特点,是目前大跨径斜拉桥索塔施工较常采用的模板系统。
(2)塔柱钢筋和劲性骨架施工是索塔施工控制的重点。索塔主筋一般采用大直径(32mm以上)的三级钢筋或四级钢筋,钢筋连接采用直螺纹接头。劲性骨架是为了满足钢筋安装及模板安装的稳定性和定位需要。为方便安装,劲性骨架一般分片制作,通过塔吊提升组合安装定位,劲性骨架定位时需考虑索塔钢筋安装后的偏位。
(3)索塔施工的支撑系统是确保索塔施工线形的关键。下塔柱施工时,塔肢外倾,混凝土和施工荷载作用产生倾覆力矩,内侧根部混凝土产生拉应力。为克服那一索塔根部混凝土的拉应力,一般在下塔柱施工到一定高度后,采用钢绞线对拉两侧塔柱,钢绞线位置、张拉力通过计算确定,对两侧塔肢施加一定拉应力,保证施工过程中各工况塔柱内侧拉应力不超过1MPa。中塔柱施工时,塔肢内倾,两侧塔肢外侧混凝土产生拉应力,为克服混凝土外侧拉应力,一般采用在中塔柱施工到一定高度后,采用刚度足够的钢管设置主动横撑,通过计算确定主动横撑位置、数量及需要施加给塔壁的推力,用千斤顶向中塔柱内壁施加推力,克服中塔柱施工过程中因混凝土自重和施工荷载产生的应力和位移。塔柱支撑系统的设置应取得设计单位的认可。
(4)索塔混凝土施工,应重点关注混凝土配合比设计、高空混凝土的泵送、高空混凝土的养护及混凝土的外观控制。索塔混凝土应采用高性能混凝土,强度一般为C50及以上。为保证混凝土色泽的均匀,减小混凝土强度的离散性,索塔施工原则上考虑一个配合比,混凝土浇筑所用原材料保持一致。高塔施工要求混凝土具有良好的泵送性能,配合比应采用双掺技术,使用比表面积比水泥更大的优质粉煤灰或矿粉等材料,提高混凝土的和易性。索塔混凝土是薄壁结构,施工过程中极易产生裂纹,配合比应选用低水化热水泥,降低混凝土凝结过程中产生的水化热。外加剂应选用聚羧酸类高效缓凝减水剂,配合比设计时应通过反复适配解决外加剂和胶凝材料的相容性问题。高空混凝土养护可采用在模板系统中布设喷淋养护装置解决,由多级高压水泵、供水管路及喷水管路组成。索塔施工一般工期较长,如气温达到冬季施工条件,还应布置加热水箱。