第2章　铁路混合组合梁斜拉桥布置

2.1　合理的边跨跨径与主跨跨径之比值范围

2.1.1　边跨跨径布置

对于斜拉桥而言，桥面加劲梁在斜拉索的拉力作用下，犹如多点弹性支承的连续梁结构，锚固在边跨和主跨加劲梁上斜拉索的索力通过与桥塔形成锚固体系相互传递。总体上斜拉桥在恒、活载的作用下各部梁、索、塔处于平衡状态，但是，这种平衡状态不一定是所谓的“塔直梁平”，根据设定的目标也可以是塔偏梁拱的平衡状态。因此，根据塔偏梁拱这种平衡状态，边跨梁对斜拉索起着锚固作用和压重作用，相应边跨加劲梁也可以分为斜拉索锚固跨和斜拉索压重跨。

1.斜索锚固跨

斜拉索锚固跨是指对斜拉索类似于起到悬索桥主缆锚定的作用，一般布置在：

①处于边墩和第一个辅助墩之间并延伸过辅助墩顶一定的范围；

②在第①种情况的基础上，再增设第二个辅助墩或第三个辅助墩，延伸加劲梁作为锚固跨。

2.斜索压重跨

斜拉索压重跨是指对斜拉索起到压重平衡作用，压重跨可以与主跨对应长度对称悬臂节段施工，也可以现场浇筑施工，一般处于：

①桥塔与最后一个辅助墩之间的加劲梁跨；

②边跨除了锚固跨以外的加劲梁跨；

③边墩至引桥或端斜拉索之外无索区的加劲梁跨。

3.边跨跨径布置

边跨跨度原则上是斜索锚固跨与斜索压重跨之和，跨径分布根据斜索锚固跨的长度可以布置一个辅助跨至两个或者最多三个辅助跨，根据建设条件、环境条件、受力条件，以及技术经济的综合情况，则斜索锚固跨与斜索压重跨组成的边跨跨径布置分为：

①一个斜索锚固跨布置一个锚固跨径或两个锚固跨径与一个斜索压重跨对应的一个压重跨径；

②一个斜索锚固跨布置一个锚固跨径与一个压重跨对应两个压重跨径；

③一个斜索锚固跨布置三个锚固跨径和一个压重跨径或多个压重跨径，多个压重跨径包含了边跨与引桥相连接的情况。

具体的边跨跨径布置不仅与边跨跨度有关，而且还与边跨所处的工程条件相关。

2.1.2　边跨跨度与主跨跨度之比值范围

总的来说，混合梁斜拉桥由于边跨加劲梁梁体较重，为了使其通过斜拉索对主跨起到锚固和压重的作用，所以，边跨跨度相对而言要设置比较小，这样才会更加突出混合梁斜拉桥优越的技术经济性。恒载作用时，为了提高铁路列车荷载作用时混合梁斜拉桥主跨加劲梁的竖向刚度，改善边跨端部锚拉索及边跨、主跨中部范围斜拉索的疲劳性能，需加大边跨端部范围和斜拉索和边跨、主跨中部范围斜拉索的截面面积。同时，为了减少边跨混凝土梁体受自重和巨大索力作用所产生的徐变变形及主跨桥面加劲梁在列车荷载最不利布载荷的工况时对主跨挠度变位的影响，斜拉索须适当加大索力使得桥塔顶部往边跨适当偏斜，使得主跨加劲梁适当往上预拱。

如图2-1所示，边跨跨径lb，锚固跨和压重跨长度分别为lm和ly，主跨跨径L，半主跨长度为l。边跨每米加劲梁包括二期恒载在内的平均重量qb，其中，边跨锚固跨每米加劲梁包括二期恒载在内比边跨每米加劲梁重量qb所增加的重量为qm，边跨压重跨每米恒载的重量qy，主跨在恒载与列车活载作用下，每米荷载的重量qz。

假定斜拉索呈放射形布置，斜拉索集中布置在设定的桥塔顶，斜拉索张拉应力为σ0，在dx范围内的加劲梁荷载重量由该范围内的斜拉索承担。

则半桥主跨斜拉索用量有：

边跨斜拉索用量为：

类似的有边跨压重跨斜拉索用量有：

锚固跨斜拉索用量有：

由于混合梁斜拉桥边跨一般较短，锚固跨斜拉索间距一般较密，索型规格相对也较大，锚固跨斜拉索对主跨起着主要的加劲和锚固作用，同时，在各个辅助墩的支承处必须要有一定的竖向支反力。因此，设想半主跨长度扣除与边跨lb对称长度范围内的斜拉索量，多出的那部分斜拉索用量均布置在边跨的锚固跨，则边跨与锚固跨斜拉索总用量为式（2-2）加式（2-4）。有：

将边跨索总量Wb和主跨的钢索总用量Wz分别对lb和l求导，可分别求出钢索的最少用量。则：

按照边跨与主跨在同一桥塔两侧斜拉索索力平衡相等的原则，即使桥塔由于边跨索力加大而向边跨倾斜，此时，桥塔两侧索力同样是平衡的，因此：

设，并代入式（2-6），有：

式中　Kb——边跨加劲梁每米恒载重量，与主跨加劲梁每米恒载重量加上半主跨满布列车荷载时每米列车荷载的换算重量之比例系数；

Km——边跨锚固跨每米所增加的重量，与主跨加劲梁每米恒载重量加上半主跨满布列车荷载时每米列车荷载的换算重量之比例系数。

常常有这样的情况，由于锚固跨每米混凝土梁的重量是主跨每米钢箱梁重量的几倍，锚固跨在竖向多点支承的条件下，类似于地锚斜拉桥起着地锚的功能。注意上式中Km从概念上来讲，是在边跨恒载梁重的基础上再增加梁重，而主跨包含了恒载与列车荷载，目的是使锚固跨起到混合梁斜拉桥边跨对斜拉索锚碇的作用。无论边跨压重跨是混凝土梁还是钢箱梁，从每米梁的重量来看，都可以考虑与边跨梁一致即qb。同样，系数Kb也是指边跨恒载梁重与主跨恒载与列车荷载之比。

当桥跨布置需要压重跨为满足跨越功能要求布置的足够长时，压重跨与主跨钢箱梁每米重量相等以减轻梁重增大跨越能力，比如日本的生口斜拉桥；而当压重跨与对应的主跨长度对称悬臂施工时，压重跨与主跨对称悬臂施工部分均采用混凝土梁，不与主跨钢箱梁一致，比如法国的诺曼底斜拉桥。当锚固跨比较长而压重跨设置比较短时，就与边跨一起设置为混凝土加劲梁截面。

如果压重跨很短，在恒载作用下，可以认为半桥主跨加劲梁的恒载重量由边跨锚固跨承受。边跨压重跨布置的少量斜拉索且斜拉索与桥面夹角大，梁端与锚固跨和主跨相连接，在桥塔处还受到桥塔横梁竖向支承，基本上起不到平衡主跨斜拉索锚固的作用，斜拉索仅仅是承受着压重跨本身的恒载重量。

算例1（双塔斜拉桥）——以宁波铁路枢纽北环线甬江特大桥为例：

主跨L=468m，l=234m，桥面以上塔高h=144m，钢混结合段位于中跨侧距桥塔24.5m处，则Kb=1.73，Km=0，计算得到：

算例2（独塔斜拉桥）——以深茂铁路潭江特大桥为例：

主跨L=256m，换算l=168.5m，桥面以上塔高h=127m，钢混结合段位于边跨距桥塔128.5m处，则Kb=2.11，Km=1.43，计算得到：

，这与本桥实际边跨长度设置基本一致。

算例3（双塔钢箱混合组合梁斜拉桥）——以昌吉赣高铁赣江特大桥为例：

主跨L=300m，l=150m，桥面以上塔高h=88m，则Kb=1.58，Km=0，计算得到：

可见，如果边跨跨度较短，边跨每米平均梁重就越重。在算例1中，主跨468m而边跨跨度因与上游公路桥对孔布置需要设置为220m时，则已知lb利用公式（2-7）求qb，此时qb=1.1qz。也就是说，当边跨跨度一定时，可以计算边跨每米的重量，依据计算得出的qb来拟定边跨加劲梁的截面尺寸。无论是已知Kb、Km求lb，或者是已知lb求Kb，都是为了寻求相对比较经济的边跨加劲梁。

上述计算都是基于平衡原理，实际上，以设定塔偏梁拱为目标成桥状态，须对边跨斜拉索施加预加力，以增加斜拉索的有效刚度，提高钢箱混合梁斜拉桥结构的整体刚度。此时，边跨加劲梁每米重量往往比较重，以提供施加更大的斜拉索索力，从而实现所设定“塔偏梁拱”为目标成桥状态。这样，也许边跨加劲梁不是很经济，但是，可以获得混合梁斜拉桥更大的整体结构刚度，可以获得极大地减少桥塔底部截面荷载组合弯矩所带来的桥塔及其基础工程更大的经济效益。

一般来说，合理的边跨跨度与主跨跨度之比值建议在0.3～0.4范围，当小于0.3时，为了起到边跨锚固跨的作用，所采用的加劲梁每米梁的重量会设置的很重；而当其比值大于0.4时，比如取0.5，则边跨加劲梁已经与主跨加劲梁每米梁的重量相等了，这时就没有必要刻意去采用混合梁斜拉桥了，可适当地将箱梁内充填压重料或采用在斜拉索端部设置无索区压重跨，类似于加大了边跨跨度。