浅谈混凝土独塔自锚式悬索桥的设计

度，掺加减水剂等措施降低混凝土单位用水量；b 、在混凝土中掺加一定量的缓凝剂，以延缓水泥的水化速度；c 、在采用普通水泥浇筑大体积混凝土结构时，在保证强度指标情况下，掺加一定量活性掺合料（如粉煤灰、矿渣粉等），以降低混凝土温升的效果；d 、正确设置伸缩缝，以避免结构超长因外界温度变化过大而引起开裂。

3.2混凝土楼板裂缝的有效预防措施

混凝土浇筑后4h ～15h 左右，水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水份急剧蒸发现象，引起失水收缩，是在初凝过程中发生的收缩，也称之为凝缩。此时骨料与胶结料之间产生不均匀的沉缩变形，都发生在混凝土终凝之前，即塑性变形阶段，故称为塑性收缩，塑性收缩的量级很大，可达190左右，特别在养护不良的部位出现龟裂，裂缝无规则。

要保持混凝土表面的湿度，必须有连续保湿的养护过程，预防表面失水过快。我们提出的方法是分两阶段进行养护。第一个阶段是喷水养护，在混凝土初凝后混凝土表面出现裂缝之前进行。喷水养护的方法：把水管捏偏往空中喷，让水形成雾状小水滴落到混凝土表面，水量尽量少，能保持湿度相当。第二阶段是淋水养护，在终凝之后进行，其作用主要是增加混凝土强度，其次也防止已出现的裂缝扩展。

3.3混凝土墙体裂缝的有效预防措施

混凝土墙体裂缝产生的根本原因是由于混凝土温度应力和收缩应力引起。设计上应适当增加横向配筋，加强混凝土墙

体抗裂能力；施工上应留合理后浇带，保温保湿的养护要到位；混凝土配合比要使用缓凝剂、减水剂，以延缓水化热峰值，减少水泥用量，加大粗骨料用量，使用中粗砂，以减少混凝土自身收缩。

潮湿养护的作用是：首先刚浇灌不久的混凝土尚处于凝固硬化阶段，水化的速度较快，适宜的潮湿养护条件可防止混凝土表面的脱水而产生干缩裂缝；其次混凝土在保温（25℃～40℃）及潮湿条件下可使水泥的水化作用顺利进行，提高混凝土极限拉伸和抗拉强度，早期抗拉能力上升很快。

按温度应力理论，保温的目的有两个：其一是减少混凝土表面的热扩散，减少混凝土表面的温度梯度，防止产生表面裂缝，其二是延长散热时间，充分发挥混凝土强度的潜力和材料松弛特性，使平均总温差对混凝土产生的拉应力小于混凝土抗拉强度，防止产生贯穿性裂缝。

4、结语

总之，对混凝土裂缝的控制和裂纹的防治，只要从设计时考虑构造措施，采用小规格钢筋，缩小钢筋距离，避免应力集中。对商品混凝土生产厂家提出合理的质量要求，严格控制混凝土质量、增加掺合料，减少水泥用量；使用减水剂，减少用用水量；保证合理的配合比。同时在施工时注意混凝土的浇灌厚度，加强振捣，注意养护工作，就能有效的控制商品混凝土的裂缝产生。

浅谈混凝土独塔自锚式悬索桥的设计

张建勋1姬同庚2

⒈河南海威工程咨询有限公司

⒉河南高速公路发展有限责任公司

摘

要：信南高速公路桐柏停车区悬索桥为一座主桥跨径为(18+36+66+18)m 的混凝土结构独塔自锚式悬索桥，上部结构

采用钢筋混凝土肋板梁，主塔为造型独塔的拱形塔，主缆为非对称空间布置，塔梁固结，设计构思独特。以该桥为工程背景，介绍这类桥梁设计构造措施，通过计算分析说明其受力特性，并对这种桥型的发展、应用前景进行了分析。

关键词：自锚式悬索桥力学分析拱形塔前言

悬索桥是一种古老的桥型，21世纪初掺入了现代悬索桥概念的自锚式悬索桥作为一种新型桥梁再度登上桥梁舞台，由于其具有传统悬索桥的主要审美特征，桥型独特、壮观；生动活泼富有张力的曲线主缆、雄伟壮观富有吸引力的索塔构成了富有生命力的画面，受到人们青睐，而我国从90年代末至今，短短几年内，已建成了十多座自锚式悬索桥，主梁形式、桥塔造型、桥跨布置形式可谓百花齐放各有不同，1999年通车的跨径76m 的浙江省诸暨市烷江人行桥，钢管混凝土桥塔，主梁为钢管桁架,2000年建成的桂林丽泽桥，钢筋混凝土门式桥，钢桁架主梁，建成于2002年,大连金石滩金湾桥是世界上第一座钢筋混凝土主梁的自锚式悬索桥[1]，近几年建成的采用钢箱梁为主梁的自锚式悬索桥，如广东佛山平胜大桥、广州猎德大桥、长沙三汊矶大桥等。

1桥梁结构概况

桐柏停车区跨线桥位于信阳至南阳高速路桐柏南北服务区之间，为服务区之间的联系通道及服务区邻近的公路次干道的跨线桥，道路设计等级为公路II 级，活荷载设计等级为公路II 级，主桥是一座独塔自锚式悬索桥，桥跨布置为18m+38m+66m+18m ，主跨66米，边跨38米，两侧锚跨均为18米，全长140米。跨线桥下部距高速路面最小净高≥5.5米，主桥纵向坡度为2％，主塔为钢筋混凝土椭圆形拱塔，塔柱为箱型截面，桥面以上尺寸为1.5x2.0米，桥面以下为变截面，根部尺寸为2.0x3.0米。拱塔全高36.75米，桥面以上高26.75米，主梁为肋板式断面，梁高1.2m 为避免出现支座负反力，在锚跨调整配重。下部采用扩大式基础，天然地基，基础持力层为斜长角闪片麻岩。桥梁的总体布置如图1,横断面布置如图2所示。

万方数据

图1桥型总体布置（单位：cm ）2主梁的选取

主梁主要功能是提供桥面支承和防止桥面发生过大的挠曲变形和扭转变形，同时也是承载风荷载和其它横向水平力的主要构件，中小跨径的自锚式悬索桥，由于主缆锚固在加劲梁两端，

主缆产生的水平力给加劲梁施加了预压力，则选用钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土作为主梁，可充分发挥材料的性能，节约投资。为保证混凝土加劲梁的刚度要求，主梁梁高与桥梁主跨之比通常在1/50~1/60之间，其断面形式可采用肋板式或箱型，本桥标准断面如图3所示，梁高1.2m ，梁全宽15m ，设两道主纵肋，肋宽1.2m ，根据需要在肋梁中间设置一道小纵梁，梁高0.9m 。

图3主梁标准横断面（单位：cm ）

混凝土加劲梁设计计算中，特别应注意温度和混凝土收缩徐变对结构的影响，主缆架设完成后，主梁和塔柱混凝土会发生徐变变形，并且在强大的轴压力作用下产生徐变变形。混凝土的收缩徐变使得主梁缩短和塔柱变矮，主缆下垂，导致主梁产生较大的弯矩和变形[2]。从而导致结构的承载能力不够，影响桥梁的使用。

3主缆及吊杆的设计

主缆做为悬索桥的主要承载构件，除承受自身的恒载外，还有加劲梁通过吊杆传递至主缆的集中力，独塔自锚式悬索桥主缆线型选取时一般近可能要求桥塔两侧的主缆索力水平分力相等，在成桥状态（恒载状态）桥塔顺桥向桥面以上没有弯矩或弯矩较小，桥塔在桥面以下由于加劲梁的影响有面内弯矩。本桥主缆为非对称空间布置，主跨垂跨比1：12.7，垂度5m ；边跨垂跨比为1.：17.8，垂度2.1m 。全桥共设两根主缆，考虑到施工的便捷性及结构受力需要，其结构为预制平行丝股（PWS ），每根主缆由19束5-91的镀锌高强平行钢丝组成，钢丝标准强度1670MPa ，主缆应力控制在600Mpa 以内，安全系数大于3。

自锚式悬索桥由于是先施工加劲梁后架设主缆，吊索力需要进行张拉调整才能达到设计要求，因此自锚式悬索桥的吊索力是可以设计的，类似于斜拉桥斜拉索成桥索力的设计。

吊索恒载索力的设计可以采用类似于斜拉桥恒载索力的设计方法，如内力平衡法、加劲梁弯曲能量最小等原理都可以

应用。本次设计按加劲梁恒载应力较小、恒载与活载组合作用下加劲梁应力分布比较均匀的原则，设计了本桥的吊索恒载张力。为满足加劲梁的应力要求，特别是梁与桥塔下横梁刚性固结处的应力要求，吊索力是不均匀的，每根吊索的索力不一样。

吊索采用空间布置，与铅垂线成1.5°左右夹角，两端均

采用冷铸墩头锚，上端锚头设耳板，耳板通过销栓与索夹耳板铰接，下端锚固于主肋梁上。桥塔两侧第一根吊索距桥塔中心6.5m ，吊索的间距均为5.0m ，大跨侧最短吊索距中间墩中心14.5m ；小跨侧最短吊索距中间墩中心11.5m 。全桥吊索共15对，根据构造需要除主跨侧第一对短吊杆采用φ78mm 的40CrNiMoA 的钢棒外，余均采用7-55镀锌高强平行钢丝束，标准强度为1670Mpa ，应力控制在500Mpa 以内，安全系数大于3。

4独塔自锚式悬索桥的内力分析

本桥结构的计算分析采用西南交通大学的“桥梁非线性空间分析系统—BNLAS ”进行空间静动力特性分析。分析中假定主缆与吊杆作为带有初应力的杆单元处理；混凝土主梁及桥塔作为梁单元处理，桥墩单元于承台处设固定支座。

计算分析步骤如下：桥面以下桥塔柱的施工→加劲梁的架设→桥面以上桥塔的施工计算→主缆的架设与安装→安装吊索，形成悬索桥结构→桥面铺装----成桥状态（恒载状态）的分析→活载作用效应的分析----荷载组合。有限元模

型如图5

图4节点划分图

按上述方法得到成桥内力状态，极限承载能力组合下，主梁主跨跨中附近最大弯矩为正弯矩6888kN ／m ，最大负弯矩3464kN ／m ，部分分析结果见图5～图7。图5极限承载力组合下弯矩包络图（单位KN/m ）

图6极限承载力组合下剪力包络图（单位KN ）图7极限承载力组合下轴力包络图（单位KN ）5混凝土锚固区的设计

由于混凝土材料抵抗拉应力能力比较差，混凝土自锚式悬索桥的锚固区设计是此类桥梁的关键环节，为提高结构的安全度，在混凝土锚固区出现拉应力的部位采用C50钢纤维混凝土，主缆的锚固形式采用散开式，通过散索鞍、散索套

散

万方数据

开，缓解应力集中；且在边锚跨段设置一定数量的预应力钢束，根据主缆钢束锚板间距及张拉空间的要求，确定主缆的散开长度，本桥主跨侧的锚固纵断面如图8，散开长度5.2m ，锚板采用梅花状布置，间距35cm 。

图8主梁标准横断面（单位：cm ）

6结论

独塔混凝土自锚式悬索桥在中小跨径上是一种既经济又美观的桥型,结构的刚度也相对较大,对于中小跨径的公路桥梁和人行桥都适合建造，且跨径布置灵活，但锚块的设计是一

个关键环节,它不但影响结构的整体工作性能,也影响桥梁的经济效益和美观要求,应给予足够的重视。

随着城市的不断和人们生活水平的提高发展，在对景观要求较高的城市或景区修建自锚式悬索桥可作为标志鲜明的桥梁，可以展示区位特色或个性，不失为一种很好的选择，相信在以后会有越来越多的方案倾向于这种桥型。

参考文献：

[1]李建本,贾军政自锚式悬索桥发展综述城市道桥与防洪2005年9月第5期

[2]张哲混凝土自锚式悬索桥北京：人民交通出版社

2005

半刚性连接钢框架的内力分析和计算

张建清毛燕红

中国矿业大学江苏徐州22116

摘要：本文主要介绍了半刚性连接钢框架的节点特性、连结模型，论证了考虑半刚性连接节点柔性的必要性，并介绍了计算方法，即：约束系数法和连结单元法。

关键词：半刚性连接钢框架约束系数连结单元

1前言

在传统的钢框架分析和设计中，一般都假定梁和柱的连接是完全刚接或者理想铰接。完全刚接就意味着相邻杆件间的斜率完全是连续的，当框架发生变形时，梁柱之间没有相对转动，之间的夹角保持不变；而理想铰接的假定则意味着梁的特性像一个简支构件，梁和柱之间不能传递弯矩，将独立地发生转动。

虽然上述理想化的假定使分析和设计过程大大简化，但是当连接的刚性程度处于完全刚接和理想铰接之间的中间状态时，这种假定所做出的预测可能是不实际的或者是不正确。事实上，正如试验所证实的，实践中使用的全部连接所具有的刚度，没有一个是完全刚接或者理想铰接的，都是处于二者之间，即所谓的半刚性连接。按照完全刚接则夸大了节点约束的作用，偏不安全；按理想铰接分析则忽略了节点约束的有利作用。因此，有必要在设计和分析中考虑节点半刚性连接的影响。

国外一些学者已经在半刚性连接钢框架的分析研究中取得了一些成果，美国钢结构学会(AISC ，1986，1989)做出规定[4]，允许在结构钢框架设计中明确地考虑连接特性。我国钢结构规范GB50017第3.2.7条规定了“梁柱半刚性连接是有有限的转动刚度，在承受弯矩的同时会产生相应的转角，在内力分析时必须确定连接的弯矩—转角特性，以便考虑变形的影响”，但是没有给出M-θ关系的具体数值，而需要试验确定。

2半刚性框架分析

2.1半刚性连接钢框架稳定极限承载力试验研究[1]本试验结合实际工程，制作了一1/3缩尺的带双腹板角钢的顶底角钢连接的平面钢框架(这类连接被视为AISC-ASD 规范1989的类型3构造，即典型的半刚性连接)，进行了静力试验，着重考察半刚性连接钢框架的荷载-侧移曲线、极限承载力以及试件的最终破坏形态，为半刚性连接钢框架的设计提供参考依据。

试验结果表明，半刚性连接钢框架要产生很大的变形后才达到极限承载力，这和钢材的强度高，塑性变形能力强的性能有关，但是节点刚度对此也有显著的影响。对于有侧移半刚性钢框架结构，分析中必须考虑二阶效应。另外，从最后的破坏状态中可以发现，受拉角钢处的螺栓撬力使柱翼缘产生弯曲变形，甚至形成破坏机构，在分析半刚性钢框架时，必须要考虑连接件与柱翼缘的协调变形能力和受拉螺栓撬力的影响。

2.2半刚性框架的计算模型2.2.1半刚性节点的连接特性

半刚性节点的连接特性可以用M-θ关系来描述，M 表示作用于连接的弯矩，θ表示构件端部相互之间的角位移。图3是几种常见的钢框架连接M-θ曲线[2]。

图3

连接弯矩转角(M-θ)曲线由图3可见:

1)各种连接所示的M-θ曲线，均处在理想铰接条件(水平轴)和全刚性条件(垂直轴)之间，可见钢框架梁柱连接的半万方数据

浅谈混凝土独塔自锚式悬索桥的设计

作者：张建勋， 姬同庚

作者单位：张建勋(河南海威工程咨询有限公司)， 姬同庚(河南高速公路发展有限责任公司)刊名：

城市建设与商业网点

英文刊名：CHENGSHI JIANSHE YU SHANGYE WANGDIAN

年，卷(期)：2009(20)

参考文献(2条)

1.张哲混凝土自锚式悬索桥 2005

2.李建本贾军政自锚式悬索桥发展综述 2005(05)

本文链接：https://www.wendangku.net/doc/309774577.html,/Periodical_csjsysywd200920166.aspx