胡士波，任荣明

（华蓝设计（集团）有限公司，南宁 530000）

1 引言

矮塔斜拉桥是近几十年发展起来的桥型，它的特点介于梁桥和斜拉桥之间，更多地具有梁桥的特点。但由于斜拉索的存在，此类桥型较好地融合了斜拉桥的优势，如减小梁高、增强美观性能、减小跨中下挠等。本文将以广西鹿寨县新胜大桥为例，着重分析悬臂浇筑施工的预应力混凝土矮塔斜拉桥受力特性、构造特点、经济适用性、优化建议等，为桥梁设计者提供参考。

2 概述

广西鹿寨县新胜大桥位于鹿寨县经济开发区，跨越洛清江，结合河流走向、地形、航道规划和通航评估报告结论、用地批复情况，设置大桥1 座，主桥上部结构采用（47+80+47）m 矮塔斜拉桥，北岸引桥采用3×35m 预应力混凝土连续箱梁桥，下部结构采用端承桩基础，钢筋混凝土矩形截面桥墩，重力式U型桥台，全桥长284m，桥梁宽度29m，桥梁面积8 236m2，为正交桥。桥梁主梁采用挂篮悬臂浇筑施工，水中墩及承台桩基采用筑岛围堰施工（见图1）。

本文将着重介绍本桥的施工工序、受力特性及经济性分析，为类似桥梁工程总结经验，提供参考。

3 梁塔构造

主桥主梁采用（47+80+47）m 预应力混凝土连续箱梁，梁高4.8～2.5m，单箱4 室结构，主梁与索塔固结，墩顶及索塔处设横梁，拉索处设横隔板；主梁共分为10 个节段，节段长3.0～4.5m。索塔采用纵A 字型结构，置于桥梁中分带，塔高16.0m，每个索塔设置拉索4 对，索距6.0m，拉索角度25°～45°，跨中无索区为20m，横向为双排索，间距1.0m。拉索采用M250A-12钢绞线拉索，破断索力3 125kN，运营期拉索安全系数为3.0。

上部结构施工工序为：

1）悬臂浇筑主梁。

2）主梁合龙后现场浇筑索塔。

3）对称安装张拉A～D 号拉索。

图1 新胜大桥桥型布置图

4）施工二期恒载成桥。

4 梁塔受力特性

4.1 主梁受力特性

计算分析采用MIDAS8.05 建立全桥整体模型，施工工序均按照实际工序模拟，特殊构件（索塔、横梁、横隔板等）建立局部模型计算分析，全桥有限元模型如图2 所示。

图2 新胜大桥全桥有限元模型图

计算表明，主梁由于施工工序的限制，主梁受力特性与常规变截面连续箱梁桥基本相同。受力控制点为最后1 个悬浇节段浇筑后墩顶上缘受拉和墩顶下缘受压控制，合龙段预应力施加后，全桥应力状况改善。各控制阶段主梁控制截面压应力储备提升约30%。

由于主梁刚度大，斜拉索张拉后，主梁在施工阶段应力变化不大，基本在1MPa 左右，且均为全截面受压，施工阶段安全系数较高。但斜拉索张拉完成后，跨中上挠明显，由斜拉索产生的跨中上挠约12mm，占比40%，对控制跨中下挠的贡献明显。运营阶段主梁全截面也均处于受压状态，且由于斜拉索张力的限制，主梁跨中长期下挠受到约束，且后期使用可通过改变斜拉索张力的方式调节主梁跨中下挠，具有较好的安全性和预期耐久性。

4.2 拉索张拉力的确定

基于上述施工工序特点，拉索张拉力主要控制因素为横隔板承载能力及使用应力控制。全桥宽29m，扣除悬臂宽度，拉索横隔板悬臂11.5m，最靠近跨中的拉索横隔板梁高2.65m。计算结果表明，跨中处拉索横隔板承载能力虽有富余，但无大幅提升空间，设计索力一定程度上受到拉索横隔板承载能力控制。拉索张拉力转换到索塔为轴力，转换到主梁为剪力，主梁腹板抗剪截面要求较高，但可通过适当增加支点截面的方式大幅提高承载力。因此，拉索张拉力受到长索横隔板及主梁支点梁高的限制，应在保证二者安全储备相当的情况下确定拉索张拉力。

4.3 拉索受力特性

本桥拉索采用M250A-12，拉索索体由单根PE 防护环氧涂层钢绞线和HDPE 外护套构成，合龙后张拉索力为1 000～1 100kN，破断索力为3 125kN，成桥阶段最大索力为1 024.6kN，运营阶段最大索力为1 256.5kN。

本桥主梁梁高受施工工序控制，截面较大，拉索所承担的荷载仅为极小部分恒载以及小部分活载，其分担比例主要受主梁刚度及拉索张拉力控制。计算表明，张拉拉索对先前已张拉拉索的影响较小，主梁合龙后张拉拉索，1 次张拉到位（先长索后短索），2 期恒载施加后、活载施加后索力依然均衡，最大索力和最小索力的差异均在2%以内，无需2 次调索。

由于拉索的设置，拉索在主梁处要设置横隔板，横隔板重量在465.4～642.2kN，占运营索力的18.8%～25.6%，考虑斜拉索角度的影响，占运营索力（垂直分量，斜拉索角度25°～45°）的44.5%～51.2%。因此，采用高强轻质的横隔板，适当增加拉索张拉力，可大幅提高桥梁承载能力。

4.4 索塔受力特性

理论状态下，索塔基本为轴压构件，由于索塔高度较小，风荷载基本可忽略。索塔受力主要考虑如下因素：

1）对称张拉时的偏差导致索塔偏心。

2）运营时活载分布不对称导致索塔偏心。

3）运营过程中断索或单侧索力下降导致索塔偏心。

4）综合以上因素，计算索塔时考虑A 号索（与索塔夹角最小）单侧失效叠加100a 一遇风荷载作为控制工况，截面受力特性为偏压构件【1】。计算表明各种工况下索塔承载能力富余较大，截面及配筋受使用裂缝控制【2】。为保证索塔体量与主梁体量在景观上的协调，拉索在索塔端固定（若在索塔端张拉，为保证张拉空间，要设置较大的索塔），张拉端设在箱梁内部。

5 经济性分析

本桥桥面积8 236m2，建安造价7 184.9 万元，单方造价8 724 元/m2。扣除引桥，主桥单方造价约 9 800 元/m2，与常规预应力混凝土箱梁桥造价相当。

6 结论及建议

1）此类桥型在经济性方面与常规预应力混凝土箱梁桥造价相当，但具有相当好的景观效果，且后续使用可以通过调整索力来提高承载能力，控制跨中下挠，安全储备相对于同等跨径梁桥更高。

2）此类桥型受力特性呈现出梁桥为主的受力特性，拉索承担荷载相对较小，施工过程中也不需要2 次调索。

3）拉索区若采用混凝土材料自重大，影响拉索承担荷载的有效性，若采用高强轻质的拉索横隔板可较大幅度地提升拉索所承担的荷载的有效性。

4）拉索承担的荷载最终转换成剪力传至主梁墩顶主梁，要求墩顶主梁具有较大的梁截面，若能在设计中做到塔梁分离，则可有效减小支点梁高。

7 结语

由上述分析可知，悬臂浇筑施工的预应力混凝土矮塔斜拉桥更多地具备梁桥的特性，由于施工工序的限制，斜拉索的介入并不能大幅度减小梁高，但能显著地改善跨中下挠、增强桥梁美观性能、为后续的加固以及提载预留空间，且具有良好的经济性。此类桥型设计的核心在于优化拉索区横梁布置，减轻横梁自重，从而增强斜拉索分担荷载的效率。若能将施工工序由悬臂浇筑改为满堂支架浇筑或顶推施工，或做到塔梁分离，则此类桥型可显著减小梁高，其结构优势更加显著。

2018 年5 月，本桥已开工建设，预计2020 年12 月本桥将建成通车，建成后对鹿寨经济发展具有重要意义。