斜拉桥规范(楼庄鸿讲稿)1

《公路斜拉桥设计细则》的修订楼庄鸿一、修订的必要性1996年交通部发布《公路斜拉桥设计规范（试行）》（JTJ027-96）已有10年了。这本小册子的正文及附录仅仅只有20页，在当时起了一定的作用。随着国内外斜拉桥的大量修建，原规范已显得内容过于贫乏了。这十年中，斜拉桥有了很大的发展：（一）斜拉桥的类型有了很大的丰富除了原规范已述及的混凝土梁，结合梁及钢梁斜拉桥外，还出现了混合梁斜拉桥、矮塔斜拉桥、地锚式斜拉桥以及多塔斜拉桥。此外，还有无背索斜拉桥，在我国还修建了钢管混凝土梁斜拉桥。这次修订时，除最后两类以外，规范中反映了其他类型斜拉桥的成熟经验。（二）斜拉桥的设计理论、方法有了重大进展例如合理成桥状态内力的确定、合理施工状态、弹塑性稳定、拉索振动和施工控制的理论都有了重大的进展。（三）斜拉桥的构造细节更趋合理无论是拉索的锚固和防护，梁、塔的构造，索的类型，不同材料梁端之间的过渡等都更趋合理。（四）我国斜拉桥取得了极为丰富的经验与成就我国斜拉桥的数量，已超过300座，成为世界上斜拉桥最多的国家。为了跨越大江大河以至海峡、海湾的需要，我国修建了大量特大跨径的斜拉桥，表1列出了我国跨径400m及以上的各类斜拉桥，其数量为世界第一，接近于世界其他所有国家同样跨径斜拉桥数量的总和。超过1000m跨径的斜拉桥，世界上仅有两座，都在我国，都在施工中。苏通长江公路大桥主跨1088m，是钢梁斜拉桥；香港昂船洲大桥主跨1018m，是钢与混凝土的混合梁斜拉桥，建成后都为世界第一。福州青州闽江大桥主跨605m，是世界跨径最大的钢混组合梁斜拉桥；上海徐浦大桥主跨590m，是世界最大的组合梁与混凝土的混合梁斜拉桥。至于混凝土梁斜拉桥，我国主跨500m的荆州长江公路大桥仅次于挪威主跨530m的Skarnsundet桥，为世界第二，但从工程规模来说，却远大于前者。于表1可见，我国还建成了跨径400m以上的地锚式斜拉桥，多塔斜拉桥以及双层行车斜拉桥。我国跨径400m及以上的斜拉桥表1桥名跨径（m）建成年类型备注荆州长江公路大桥200+500+2002002混凝土梁世界最大肋板式梁混凝土梁斜拉桥鄂黄长江公路大桥55+200+480+200+552003混凝土梁奉节长江大桥30.4+202.6+460+174.7+25.32006混凝土梁重庆忠县康家沱长江大桥205+460+2052008混凝土梁宜宾长江大桥184+460+184混凝土梁重庆大佛寺长江大桥198+450+1982002混凝土梁重庆涪陵石板沟长江大桥200+450+200混凝土梁重庆长江二桥53+169+444+169+531996混凝土梁铜陵长江公路大桥80+90+190+432+190+90+801995混凝土梁连续长度1152m郧阳汉江大桥43+414+431993混凝土梁地锚式，每侧地锚长43m武汉长江二桥180+400+1801995混凝土梁福州青洲闽江大桥205+605+2052001钢混组合梁世界最大组合梁斜拉桥表1（续）桥名跨径（m）建成年类型备注上海杨浦大桥40+99+144+602+144+99+401993钢混组合梁香港汀九大桥127+448+475+1271997钢混组合梁三塔四跨江津观音岩长江大桥193+436+193钢混组合梁上海南浦大桥170+423+1701991钢混组合梁东海大桥主航道桥73+132+420+132+732005钢混组合梁苏通长江公路大桥2×100+300+1088+300+2×1002008钢梁世界最大钢梁斜拉桥上海长江大桥107+243+730+243+1072010钢梁上海闽浦大桥4×63+708+4×63钢梁双层行车南京长江三桥63+257+648+257+632005钢梁钢塔南京长江二桥58.5+246.5+628+246.5+58.52001钢梁舟山金塘大桥620钢梁安庆长江公路大桥50+215+510+215+502005钢梁武汉天兴洲长江大桥98+196+504+196+982008钢桁梁双层行车武汉军山长江大桥48+204+460+204+482002钢梁杭州湾大桥北航道桥70+160+448+160+702007钢梁全长36km润阳长江公路大桥北汊大桥175.4+406+175.42005钢梁香港昂船洲大桥3×70+80+1018+80+3×702008（钢-混）混合梁世界最大钢-混混合梁斜拉桥鄂东长江大桥9262010（钢-混）混合梁武汉白沙洲长江公路大桥50+180+618+180+502000（钢-混）混合梁舟山桃夭门大桥2×48+50+580+50+2×482003（钢-混）混合梁汕头石大桥2×47+100+518+100+2×471998（钢-混）混合梁广东湛江海湾大桥60+120+480+120+60（钢-混）混合梁表1（续）桥名跨径（m）建成年类型备注上海徐浦大桥40+3×39+45+590+45+3×39+401996（组合-混）混合梁世界最大组合-混混合梁斜拉桥香港汲水门大桥2×80+430+2×801997（组合-混）混合梁双层行车重庆长寿长江大桥460不明四川合江长江大桥420不明我国在斜拉桥上取得的经验，体现在一些著作中，例如王伯惠的《斜拉桥结构发展和中国经验》，陈明宪的《斜拉桥建造技术》等。规范的修订应充分吸取我国的经验，使其条理化，得到广泛的应用。二、《公路斜拉桥设计规范》（JTG—2006）修订总貌《公路斜拉桥设计规范》是交通部将颁布的推荐性行业标准。《公路斜拉桥设计规范》仍由重庆交通科研设计院主编，参加单位有：湖北省交通规划设计院，四川公路桥梁建设集团有限公司和北京建达道桥咨询有限公司。《公路斜拉桥设计规范》共有9章，没有附录。这9章是：1、总则；2、术语；3、材料；4、总体设计；5、作用；6、计算；7、构造；8、施工控制；9、可养护检修设计。其中8、9是修订时因新加的内容而增补的章。原规范的一般规定这一章修订后已分为材料及总体设计两章，而且自第四章起每章有一节一般规定。原规范的附录A“施工阶段斜拉桥在横向风力作用下的抗风验算”，因部分内容已纳入第6章，而且《公路桥梁抗风设计规范》已作为推荐性行业标准颁布，因而删除。修订的内容，正如规范前言所述，明确了本规范的适用范围；补充了斜拉桥总体设计的有关要求；引入了合理成桥状态和合理施工状态的设计理念；细化了斜拉桥的设计计算内容及规定；提出了各类材料梁斜拉桥的适用跨径范围；充实了斜拉桥各组成部分的构造以及斜拉索在塔、梁上锚固的构造要求。三、第1章总则突出的有以下几条：（一）“1.0.2本规范适用于新建和改建跨径在800m以下的公路斜拉桥的设计”。由于全世界大于800m的斜拉桥，目前仅有苏通长江公路大桥、香港昂船洲大桥、日本多多罗大桥及法国Normandie大桥4座，而且设计中有它的特殊内容，故确定运用范围为跨径800m以下。（二）“1.0.5…结构应按极限状态法设计,部分钢构件可采用容许应力法设计”，确定了以后第6章的基本原则。对于斜拉索、钢梁、钢塔，可按容许应力法设计，混凝土构件则按极限状态设计。四、第2章术语由原规范的10个术语，增加到29个。主要说明几点：（一）“2.0.1斜拉桥将斜拉索两端分别锚固在塔和梁或其他载体上，形成塔、梁、索共同承载的结构体系”。这与《公路工程名词》中的斜拉桥定义“以通过或固定于索塔并锚固于桥面系的斜向拉索作为上部结构主要承重构件的桥梁”有所不同，主要是斜拉索并不一定是主要承重构件，在稀索体系及矮塔斜拉桥中更不是主要承重构件，故作此修改。（二）2.0.4及2.0.5将原规范的混凝土斜拉桥及钢斜拉桥改为混凝土梁斜拉桥及钢梁斜拉桥。（三）2.0.6将原规范的结合梁斜拉桥改为组合梁斜拉桥。（四）2.0.14边跨跨径，包括辅助墩在内的跨径。五、第3章材料主要是涉及斜拉桥上部结构的材料：混凝土、钢与拉索。这里说明一下拉索的安全系数：不论是采用平行钢丝索还是钢绞线索，斜拉索的安全系数在运营状态下不小于2.5；施工阶段不小于2.0。也曾有人提出，钢绞线索在运营状态下，有的桥曾采用2.2。鉴于目前大多数桥采用2.5，故仍保留2.5。锚具的安全系数不小于斜拉桥。要特别强调，斜拉索强度的验算是采用容许应力法。六、第4章总体设计（一）4.1一般规定这一节共有5条，叙述了布局及设计中的最基本的要求：1、4.1.1叙述了总体布局的要求，根据（1）规模标准，包括交通量预测、建设规模、技术标准；（2）当地实际情况，包括水力、水文、气象、地质、地形、现状以及环境；（3）有关部门的要求，如通航、水利、电力、航空等，对斜拉桥进行总体布置。2、4.1.2叙述了对各个主要组成部分——主梁、斜拉索、索塔和基础，进行同等深度的多方案比较及组合，以得到最佳方案。3、4.1.3满足强度、刚度、稳定性和耐久性要求。这里特别要强调耐久性要求的问题，在混凝土桥设计规范中，己为此规定了保护层厚度、最大水灰比、最小水泥用量、最低混凝土强度、最大氯离子含量和最大碱含量等要求，应该坚决贯彻执行。对海洋气候条件的钢构件，要特别注意防锈蚀的问题。对于斜拉索，要尽可能加强防护，延长使用年限，过去使用年限在10年以下，苏通大桥已规定用50年。4、4.1.4强调对主梁、斜拉索、索塔和基础的设计必须统筹考虑，使相互协调。因为由这几个构件组成的斜拉索，是高次超静定的结构，某一构件的改变，往往影响到其它构件，即所谓牵一发而动全身。某一构件的变动，对于其自身可能是合理的，但对于全桥而言，还要看其对其它构件的影响，有时候并不一定合理。5、4.1.5强调要明确结构体系转换的顺序应采取的相应措施。大多数斜拉桥采用悬臂施工工艺，拉索经过张拉、调整索力，以至梁最终合拢成桥，要经过体系转换，必须在设计中确定，以保证合理受力。（二）4.2基本结构体系常用的斜拉桥基本结构体系有四种：1漂浮体系——塔墩固结，塔处主梁不设竖向支座，其他墩处设不约束纵向移动支座的结构体系。但有时为了防止过大的纵向变位，可设置纵向阻尼装置。2支承体系——塔墩固结、塔上均设梁支座的结构体系。半漂浮体系是支承体系中的一种，即支承体系的各支座均不约束纵向变位的斜拉桥。3塔梁固结体系塔墩分离、塔梁固结的结构体系。4刚架体系塔梁墩均固结的结构体系。漂浮体系和半漂浮在双塔斜拉桥中，用得最广泛，特别适用于有抗震要求的密索斜拉桥，地震时可作纵向摆动，其自振频率与地震频率不一致，不会发生共振，可确保安全。刚架体系适用于独塔或双塔高墩和对变形要求较高的斜拉桥。有水平约束的支承体系及塔梁固结体系，用得较少。塔梁固结体系的优点是塔根区段弯矩小和温度内力小，但塔处支座反力大，梁负弯矩大，梁跨中挠度大。前期也有应用，如跨径320m的法国Brotonne桥和跨径200m的上海泖港大桥，后者是怕各墩出现不均匀沉降，采用塔梁固结体系，边墩设可调节高程的支座。但后期就较少采用了。还有一些特殊体系的实例，如设挂梁的T构体系（如主跨235m的委内瑞拉Maracaibo桥），跨中设铰的支承体系（如主跨134m的台湾淡水河桥—光复桥）。但目前均极少采用。除四种基本结构体系以外，还有地锚体系、矮塔斜拉桥体系和无背索斜拉桥体系等，在本规范中涉及前两种，将在下面谈到。（三）不同材料主梁斜拉桥的适用范围主跨400m及以下的双塔斜拉桥宜采用混凝土梁。由于混凝土主梁，自重大；目前较多采用悬臂浇筑法施工，施工周期也较长。因此条文上提出主要适用于主跨400m及以下。当然，我国实际情况是，超过400m的双塔混凝土梁斜拉桥已有10座，因此在本规范条文上也规定，对400～600m的可作方案比较确定。我国跨径300m及以上的混凝土梁斜拉桥见表2。主跨600m及以上的双塔斜拉桥宜采用钢梁或混合梁斜拉桥。目前我国钢的价格较贵，故规定的跨径较大，实际上有的钢梁或混合梁斜拉桥跨径在600m以下，因此条文上规定，对400～600m范围可对混凝土梁、钢混组合梁及钢梁或混合梁斜拉桥进行比较确定。我国主跨300m及以上的钢梁、混合梁及钢混组合梁斜拉桥见表3～表5。我国混凝土梁斜拉桥（L≥300m）表2桥名跨径