斜拉悬吊组合桥梁体系研究课件

汇报内容1.引言2.关键技术和技术路线3.主要研究成果4.主要创新点5.项目工作情况汇报内容1.引言11.

引言

岳阳洞庭湖二桥是杭瑞国家高速公路临湘至岳阳公路的控制工程。根据特殊的建设条件，岳阳洞庭湖二桥初步设计推荐采用1800m斜拉-悬吊组合桥梁方案。斜拉悬吊组合桥梁是在斜拉桥和悬索桥的基础上发展而来的一种新型缆索承重桥梁，它把悬索桥和斜拉桥这两种桥型结合起来，充分发挥各自的优点，较大程度的提高了大跨度桥梁的跨越能力，自身的刚度以及桥梁结构的整体稳定性，具有较好的结构性能和显著的经济效益。目前尚没有真正意义上实施的现代化斜拉-悬吊组合桥梁，因此，为确保岳阳洞庭湖二桥的顺利实施，有必要针对此新型桥型方案的结构体系、受力性能、抗风性能、成桥状态、施工方案、疲劳性能等进行系统研究。1.1研究背景1.引言岳阳洞庭湖二桥是杭瑞国家高速公路临湘至岳阳21.2项目概况岳阳洞庭湖二桥斜拉-悬吊组合桥梁跨径组成：（50＋3×60＋80+1800＋80＋3×60+50）m

1.2项目概况岳阳洞庭湖二桥斜拉-悬吊组合桥梁跨径组成：31.2项目概况1.2项目概况41.3斜拉-悬吊组合桥梁的发展斜拉—悬吊组合桥梁最初在19世纪初由法国工程师提出罗勃林体系——布鲁克林大桥（1883）

迪辛格体系——德国易北河（1938）序号桥名所在地桥跨布置状况1Brooklyn桥美国286m+486m+286m1883年建成2汉堡易北河桥德国主跨753m方案设计3大贝尔特桥丹麦400m+1500m+400m方案设计4直布罗陀海峡桥摩洛哥2000m+5000m+5000m+2000m方案设计5MessinaStrait桥意大利主跨3300m方案设计6Beauharnois桥加固加拿大54.48m+176.78m+54.48m1988年完成加固7Salazar桥加固葡萄牙483m+1014m+483m，公铁两用1992年完成加固8广东伶仃洋东桥中国319m+1400m+319m方案设计9大连湾跨海大桥中国263m+800m+263m方案设计10轻津海峡桥日本2000m+4000m+4000m+2000m方案设计1.3斜拉-悬吊组合桥梁的发展斜拉—悬吊组合桥梁最初在1951.4结构特点活载挠度小，刚度大。静力性能与同跨径的悬索桥相比动力性能基频高，颤振临界风速高，抗风性能好。经济性

跨径越大越能体现斜拉-悬吊组合桥梁优越性。与悬索桥相比，斜拉-悬吊组合桥梁的悬吊长度显著减小，可大大降低主缆的钢材用量和锚碇规模，降低了锚碇施工的困难和风险。斜拉段的部分加劲梁可使用混凝土梁，充分利用混凝土的抗压强度，达到节约钢材的目的。1.4结构特点活载挠度小，刚度大。静力性能与同跨径的悬索桥62.关键技术和技术路线⒈斜拉-悬吊组合桥梁由斜拉子体系和悬吊子体系组成，两个子体系的结构刚度不同。如何处理两体系间的刚度匹配，实现刚度的平顺过渡或结合，降低其不利影响，是斜拉-悬吊组合桥梁结构设计的关键技术。⒉斜拉-悬吊组合桥梁的两体系间存在相互影响，结构行为更为复杂，成桥恒载阶段的受力状态设计不同于斜拉桥结构和悬索桥结构，需要根据结构体系的特点和施工过程来选择斜拉索的张拉力和吊索的无应力安装长度，确定结构的成桥状态，尽量降低两体系间的相互影响。⒊在斜拉悬吊过渡区附近的加劲梁内力和变形同时受到斜拉子体系和悬吊子体系的影响，各种荷载作用下受力复杂，安全性需进行评估。同时，过渡区附近的吊索和斜拉索因体系刚度差异会产生较高的交变内力幅，需要分析研究其疲劳安全性能。⒋斜拉桥和悬索桥的施工方法不同，如何协调斜拉-悬吊组合桥梁中两子体系的施工，并评估其施工过程监测和控制的可行性，保证两种结构体系均匀过渡，从而实现合理的成桥目标，需要进行评估验算。关键技术2.关键技术和技术路线⒈斜拉-悬吊组合桥梁由斜拉子体72.关键技术和技术路线⒈定性分析了斜拉-悬吊组合桥梁的结构行为和受力特征。⒉对斜拉-悬吊组合桥梁的若干关键参数进行了比较分析，用于确定合理的结构布置和合理的桥型方案。⒊确定了斜拉-悬吊组合桥梁合理成桥状态的设计准则和方法步骤，得到较合理的斜拉-悬吊组合桥梁成桥内力状态。⒋对洞庭湖二桥的斜拉-悬吊组合桥梁方案进行了结构整体计算分析，验算了主要构件的受力、位移等。

5.对斜拉-悬吊组合桥梁的施工过程进行了计算分析，讨论了斜拉-悬吊组合桥梁方案的施工可实施性。

6.针对疲劳问题较突出的斜拉索、吊索和加劲梁，采用不同的疲劳荷载进行验算，讨论了大跨度桥梁整体疲劳验算荷载选择的方法和可行性。技术路线2.关键技术和技术路线⒈定性分析了斜拉-悬吊组合桥梁8与同跨径的悬索桥方案进行比较分析：组合桥梁纵向位移仅为常规单跨悬索桥的15%，而纵向基频提高了3.46倍；在活载作用下，组合桥梁的竖向位移仅为常规单跨悬索桥的60%。在百年横风作用下，组合桥梁的横向位移仅为常规单跨悬索桥的61%。组合桥梁扭转频率比常规单跨悬索桥扭转频率高约20.7%3主要研究成果3.1结构受力特征——结构刚度活载竖向挠度/m与同跨径的悬索桥方案进行比较分析：3主要研究成果3.193.1结构受力特征

过渡区吊索和斜拉索影响线相反，吊索与斜拉索共同分担活载，有利于减小变形，提高结构活载刚度。（过渡区吊索、斜拉索应力幅较大的表现）在过渡区段，加劲梁的影响区没有明显变化，一定程度上说明两体系间刚度过渡是比较均匀的。（加劲梁不存在刚度变化过快的问题）活载影响线3.1结构受力特征过渡区吊索和斜拉索影响线相反，吊103.1结构受力特征

主缆或斜拉索温度变化对端吊索和最长斜拉索的内力影响最大。主缆温升时，斜拉索的内力增加，吊索内力减小；斜拉索温升时，斜拉索的内力减小，吊索内力增加；系统整体温度变化时，斜拉索、吊索的内力会因为上述因素的综合作用而抵消一部分。主缆升温引起斜拉索和吊索的内力增量/kN斜拉索升温引起斜拉索和吊索的内力增量/kN温度影响3.1结构受力特征主缆或斜拉索温度变化对端吊索和最长斜拉索11

钢混结合面位置

吊索纵向布置桥塔中心线1#、2#斜拉索之间最长斜拉索附件

矢跨比

吊跨比1/9；1/9.5；1/10；1/10.5；1/111.0；0.67；0.57；0.49

吊索刚度

加劲梁刚度平行钢丝；钢丝绳；E=5.0*10000MPa原设计刚度；5倍原设计刚度；10原设计刚度3.2参数影响分析钢混结合面位置吊索纵向布置桥塔中心线矢跨比吊跨比1/121/9

1/9.51/101/10.51/113.2参数影响分析

矢跨比越小，缆力就越大，重力刚度就越大，活载作用下加劲梁的挠度就越小，但工程造价就越高（塔高降低，但主缆用量增加，锚碇规模变大）。矢跨比为1/9及1/10主桥主缆的内力、主梁的刚度具有较为良好的效果，结合本桥的景观考虑，本桥推荐采用1/10矢跨比。

矢跨比比选1/91/9.53.2参数影响分析矢跨比越小，缆力就越133.2参数影响分析

吊跨比比选

悬索桥活载作用下跨中1/4处挠度最大，从提高结构刚度上考虑，将搭接区段设置在跨中1/4附近是相对合理的。当吊跨比采用0.57时，主缆内力、吊索与斜拉索应力幅以及全桥刚度等较为协调，同时主缆用量与锚碇规模能够得到相对较好的控制。经综合比较，本桥吊跨比推荐采用0.57。Ls/L1.00.670.570.493.2参数影响分析吊跨比比选悬索桥活载作用下跨中1/4143.2参数影响分析吊索活载内力幅/kN斜拉索活载内力幅

通过多种方案的比选，在斜拉段交叉设置三根吊索（方案1）即能降低长吊索内力幅，也可以降低最长斜拉索内力幅，故吊索纵向布置方案推荐方案1。

方案1方案2方案3方案4方案6方案5

过渡区吊索布置3.2参数影响分析吊索活载内力幅/kN斜拉索活载内力幅153.2参数影响分析

加劲梁刚度

提高加劲梁刚度对降低端吊索的内力幅有一定的影响。为提高加劲梁刚度，可考虑增大钢加劲梁截面或斜拉索区段的加劲梁采用混凝土箱梁。如果斜拉索区段的加劲梁采用混凝土箱梁，施工和施工控制难度大。故本桥斜拉区段的加劲梁采用钢加劲梁，并可适当增加截面面积，以降低端吊索的内力幅。

为考察斜拉段钢加劲梁刚度对其受力，以及对斜拉索、吊索的影响，考虑如下三种方案：方案1：斜拉段钢加劲梁原设计刚度方案2：斜拉段钢加劲梁刚度增大5倍方案3：斜拉段钢加劲梁刚度增大10倍

3.2参数影响分析加劲梁刚度提高加劲梁刚度对降低163.2参数影响分析

钢混结合段位置综合考虑设计、施工、结构内力、位移等，推荐方案一。

方案一：在索塔中心线附近方案二：在中跨第1、2根斜拉索之间方案三：在跨中最长斜拉索附近3.2参数影响分析钢混结合段位置综合考虑设计、施工、结构173.2参数影响分析

方案2中钢丝绳吊索弹模减小了42.5%，相应活载内力幅降低12.2%。即降低吊索弹模可以减小吊索的活载内力幅。降低吊索的弹性模量，可以减小吊索内力幅，斜拉索内力幅则略有增加。钢丝绳吊索的弹性模量比平行钢丝的弹性模量低得多，故本桥推荐采用钢丝绳吊索。方案1：吊索弹模E=2.0×105MPa,平行钢丝方案2：吊索弹模E=1.15×105MPa,钢丝绳方案3：吊索弹模E=5.0×104MPa

吊索刚度3.2参数影响分析方案2中钢丝绳吊索弹模减小了42.183.3合理成桥状态原则上应尽可能减小斜拉体系和悬吊体系的相互影响，包括主塔和过渡区附近的加劲梁局部弯矩和剪力；主塔两侧的斜拉索内力水平分量应平衡；中跨钢箱梁弯矩分布应相对均匀，绝对值尽可能小；边跨混凝土箱梁为边跨斜拉索提供锚固约束作用，其弯矩分布不作为优化目标，其抗弯能力通过后期预应力设计实现；在确定主梁和主塔受弯状态后，利用“桥梁结构静动力非线性分析系统BNLAS”确定最终的主缆成桥线形和恒载内力。

合理成桥状态的优化目标和原则3.3合理成桥状态原则上应尽可能减小斜拉体系和悬吊体系的相193.3合理成桥状态

使用刚性支撑连续梁法，计算一次成桥阶段中跨加劲梁的竖向支撑反力，用于计算相应斜拉索张拉力和吊索内力；根据中、边跨斜拉索内力水平分量平衡的原则，计算边跨斜拉索索力；根据吊索内力计算成桥阶段主缆几何线形；重复进行非线性结构整体计算，根据计算结果调整斜拉索力和主缆线形，得到相对合理的一次成桥阶段的内力状态。根据桥梁的施工方案，在上一步的基础上进行倒拆分析，得到桥梁合拢前的内力状态；分析体系转换对成桥状态的影响，调整斜拉索张拉力、吊索长度、主缆线形，得到符合实际情况的成桥状态。

合理成桥状态确定的方法3.3合理成桥状态使用刚性支撑连续梁法，计算一次成桥阶段203.3合理成桥状态斜拉索内力分布吊索内力分布/kN

合理成桥状态3.3合理成桥状态斜拉索内力分布吊索内力分布/kN合21钢加劲梁最大应力139MPa跨中主缆安全系数2.41>2.2吊索安全系数4.3>4.0边跨主缆安全系数2.23>2.23.4整体结构分析

总体静力计算分析钢加劲梁最大应力139MPa跨中主缆安全系数2.41>2.222表6‑7钢箱梁主要节点位移单位：m位置荷载竖向位移梁端L/8处L/4处3/8L处跨中处水平位移活载0.0830.4870.3690.0070.112-0.511-1.837-2.611-2.592-0.099温升-0.33-0.792-1.099-1.204-0.266温降0.4441.0181.3671.4850.318

在汽车活载作用下主梁最大上挠0.511m，最大下挠2.611m，挠跨比1/688，小于1/300的规范要求。在运营纵风、百年纵风、制动力作用下，梁端纵向位移分别为0.014m、0.028m、0.029m。在百年横风作用下，主梁的最大横向位移为1.892m，主梁的横向挠跨比为1/951，主梁横向刚度较大，满足规范要求。3.4整体结构分析

总体静力计算分析表6‑7钢箱梁主要节点位移单位23一阶正对称侧弯，频率0.0576HZ一阶反对称竖弯，频率0.1191HZ一阶正对称竖弯，频率0.1216HZ一阶正对称扭转，频率0.2349HZ扭弯比＝0.2349/0.1216＝1.93。3.4整体结构分析

动力特性一阶正对称侧弯，频率0.0576HZ一阶反对称竖弯，频率024表6‑7钢箱梁主要节点位移单位：m3.5施工过程结构分析

施工工序表6‑7钢箱梁主要节点位移单位25表6‑7钢箱梁主要节点位移单位：m3.5施工过程结构分析

吊索与斜拉索特征吊索施工阶段内力变化特征斜拉索施工阶段内力变化

吊索：施工过程中吊索最小安全系数2.6，参照《公路悬索桥设计规范》（报批稿），钢丝绳吊索在换索过程安全系数需大于2.5；斜拉索：施工过程中各斜拉索的安全系数最小值为3.9。表6‑7钢箱梁主要节点位移单位263.5施工过程结构分析

加劲梁3.5施工过程结构分析加劲梁27

由于斜拉段和悬吊段之间存在的刚度差异，使得斜拉悬吊过渡区段加劲梁、吊索、斜拉索的内力幅相对较大，应当对过渡区的加劲梁、吊索、斜拉索的疲劳应力进行总体控制验算。国内疲劳检算的加载次数为200万次，最长斜拉索、端吊索的设计使用寿命一般为20年，平均每年10万次，平均每天274.9次，即便按每天24h行车计算，每小时出现的工况为11.4次。如此频繁的工况，自然不宜采用与强度验算相同的荷载，而应选择对斜拉索、端吊索的设计不利的加载、但经常出现的工况。3.6主要构件疲劳应力幅

概述由于斜拉段和悬吊段之间存在的刚度差异，使得斜拉悬吊过渡区283.6主要构件疲劳应力幅

国内外现行规范均没有针对结构总体设计控制的疲劳加载规定。本报告根据国内外研究现状，选取了三个疲劳荷载加载模式对组合桥梁斜拉索和吊索进行了疲劳应力幅验算。模式I：《公路钢结构桥梁设计规范》（征求意见稿）疲劳荷载模型I；模式Ⅱ：按强度加载模式选用的6车道偏载；模式Ⅲ：参照泰州长江大桥的加载模式选用2车道加载，且考虑了9.875m的偏载。本报告认为岳阳洞庭湖二桥采用加载模式I的加载模式对斜拉索、吊索及加劲梁的总体疲劳应力进行控制是适合的。

加载模式3.6主要构件疲劳应力幅国内外现行规范均没有针对结构29

在各疲劳荷载加载工况下，斜拉索的应力幅小于250MPa，吊索的应力幅小于150MPa，加劲梁的最大应力幅为65MPa。在推荐的疲劳加载荷载（疲劳荷载I）下，斜拉索的应力幅为78Mpa，吊索的应力幅为57Mpa，加劲梁的疲劳应力幅为24Mpa。3.6主要构件疲劳应力幅

主要构件最大疲劳应力幅/MPa构件模式I疲劳荷载I模式Ⅱ6车道偏载模式Ⅲ2车道偏载斜拉索#4878.1209.5168.9#4774.7201.1162.2#4679.1213.5172.2#4564.7172.0138.7吊索#156.8144.7116.6#240.699.079.9#334.382.466.4#429.270.356.6加劲梁23.565.139.2在各疲劳荷载加载工况下，斜拉索的应力幅小于250MPa，303.7动力特性参数分析

根据结构动力特性参数和Selberg公式，可知钢箱单跨吊方案的颤振临界风速为57.1m/s，而组合桥梁颤振临界风速为64.6m/s，较前者高13.1%。可见大跨度组合桥梁在抗风稳定性方面较悬索桥方案具有明显优越性。3.7动力特性参数分析根据结构动力特性参数和Selb31

论证了新型桥型方案的可行性，为方案可实施性提供了技术支撑，是新型斜拉-悬吊组合桥梁的一次大胆的尝试，为技术进步和能够为类似研究提供借鉴。研究分析了斜拉-悬吊组合桥梁刚度性能、活载影响线、温度影响，系统研究了斜拉-悬吊组合桥梁的力学性能；首次对斜拉-悬吊组合桥梁的矢跨比、吊跨比、过渡区吊索布置方式、加劲梁刚度、吊索弹性模量等进行了参数研究，为合理的结构布置奠定了基础；拟定了合理成桥状态的实施步骤，制定了施工工序，验证了方案的可实施性；收集、调研了目前总体疲劳的荷载模型计算方法，经初步论证，确定了岳阳洞庭湖二桥的疲劳荷载模型。研究了疲劳控制的主要构件的应力幅，确定了合理构造，保证了结构总体疲劳满足相关要求。4主要创新点

论证了新型桥型方案的可行性，为方案可实施性提供了技术支撑，325项目工作情况

项目起止年限2010.1-2011.2完成单位桥梁勘察设计处项目负责人崔剑峰、刘榕项目主要参加人结构优化比选：崔剑峰、刘榕、廖建宏、王甜、刘海波。结构分析：张晋瑞、戴小东、朱朝银、李程、杨勇祥、邹德强。资料分析、报告编制：刘榕、廖建宏、崔剑峰、赵金和、刘海波。5项目工作情况项目起止年限2010.1-2011.2完成3310项目工作情况

项目经费决算表收入支出科目计划数

（万元）科目金额（万元）合计100

合计81.63院科技开发费100差费2.13住宿费2.07应酬费0.72办公费1.49民工费7.66

材料费5.69

其它3.36

车耗费10.46

工资48.0510项目工作情况项目经费决算表收入支34谢谢大家！谢谢大家！35汇报内容1.引言2.关键技术和技术路线3.主要研究成果4.主要创新点5.项目工作情况汇报内容1.引言361.

引言

岳阳洞庭湖二桥是杭瑞国家高速公路临湘至岳阳公路的控制工程。根据特殊的建设条件，岳阳洞庭湖二桥初步设计推荐采用1800m斜拉-悬吊组合桥梁方案。斜拉悬吊组合桥梁是在斜拉桥和悬索桥的基础上发展而来的一种新型缆索承重桥梁，它把悬索桥和斜拉桥这两种桥型结合起来，充分发挥各自的优点，较大程度的提高了大跨度桥梁的跨越能力，自身的刚度以及桥梁结构的整体稳定性，具有较好的结构性能和显著的经济效益。目前尚没有真正意义上实施的现代化斜拉-悬吊组合桥梁，因此，为确保岳阳洞庭湖二桥的顺利实施，有必要针对此新型桥型方案的结构体系、受力性能、抗风性能、成桥状态、施工方案、疲劳性能等进行系统研究。1.1研究背景1.引言岳阳洞庭湖二桥是杭瑞国家高速公路临湘至岳阳371.2项目概况岳阳洞庭湖二桥斜拉-悬吊组合桥梁跨径组成：（50＋3×60＋80+1800＋80＋3×60+50）m

1.2项目概况岳阳洞庭湖二桥斜拉-悬吊组合桥梁跨径组成：381.2项目概况1.2项目概况391.3斜拉-悬吊组合桥梁的发展斜拉—悬吊组合桥梁最初在19世纪初由法国工程师提出罗勃林体系——布鲁克林大桥（1883）

迪辛格体系——德国易北河（1938）序号桥名所在地桥跨布置状况1Brooklyn桥美国286m+486m+286m1883年建成2汉堡易北河桥德国主跨753m方案设计3大贝尔特桥丹麦400m+1500m+400m方案设计4直布罗陀海峡桥摩洛哥2000m+5000m+5000m+2000m方案设计5MessinaStrait桥意大利主跨3300m方案设计6Beauharnois桥加固加拿大54.48m+176.78m+54.48m1988年完成加固7Salazar桥加固葡萄牙483m+1014m+483m，公铁两用1992年完成加固8广东伶仃洋东桥中国319m+1400m+319m方案设计9大连湾跨海大桥中国263m+800m+263m方案设计10轻津海峡桥日本2000m+4000m+4000m+2000m方案设计1.3斜拉-悬吊组合桥梁的发展斜拉—悬吊组合桥梁最初在19401.4结构特点活载挠度小，刚度大。静力性能与同跨径的悬索桥相比动力性能基频高，颤振临界风速高，抗风性能好。经济性

跨径越大越能体现斜拉-悬吊组合桥梁优越性。与悬索桥相比，斜拉-悬吊组合桥梁的悬吊长度显著减小，可大大降低主缆的钢材用量和锚碇规模，降低了锚碇施工的困难和风险。斜拉段的部分加劲梁可使用混凝土梁，充分利用混凝土的抗压强度，达到节约钢材的目的。1.4结构特点活载挠度小，刚度大。静力性能与同跨径的悬索桥412.关键技术和技术路线⒈斜拉-悬吊组合桥梁由斜拉子体系和悬吊子体系组成，两个子体系的结构刚度不同。如何处理两体系间的刚度匹配，实现刚度的平顺过渡或结合，降低其不利影响，是斜拉-悬吊组合桥梁结构设计的关键技术。⒉斜拉-悬吊组合桥梁的两体系间存在相互影响，结构行为更为复杂，成桥恒载阶段的受力状态设计不同于斜拉桥结构和悬索桥结构，需要根据结构体系的特点和施工过程来选择斜拉索的张拉力和吊索的无应力安装长度，确定结构的成桥状态，尽量降低两体系间的相互影响。⒊在斜拉悬吊过渡区附近的加劲梁内力和变形同时受到斜拉子体系和悬吊子体系的影响，各种荷载作用下受力复杂，安全性需进行评估。同时，过渡区附近的吊索和斜拉索因体系刚度差异会产生较高的交变内力幅，需要分析研究其疲劳安全性能。⒋斜拉桥和悬索桥的施工方法不同，如何协调斜拉-悬吊组合桥梁中两子体系的施工，并评估其施工过程监测和控制的可行性，保证两种结构体系均匀过渡，从而实现合理的成桥目标，需要进行评估验算。关键技术2.关键技术和技术路线⒈斜拉-悬吊组合桥梁由斜拉子体422.关键技术和技术路线⒈定性分析了斜拉-悬吊组合桥梁的结构行为和受力特征。⒉对斜拉-悬吊组合桥梁的若干关键参数进行了比较分析，用于确定合理的结构布置和合理的桥型方案。⒊确定了斜拉-悬吊组合桥梁合理成桥状态的设计准则和方法步骤，得到较合理的斜拉-悬吊组合桥梁成桥内力状态。⒋对洞庭湖二桥的斜拉-悬吊组合桥梁方案进行了结构整体计算分析，验算了主要构件的受力、位移等。

5.对斜拉-悬吊组合桥梁的施工过程进行了计算分析，讨论了斜拉-悬吊组合桥梁方案的施工可实施性。

6.针对疲劳问题较突出的斜拉索、吊索和加劲梁，采用不同的疲劳荷载进行验算，讨论了大跨度桥梁整体疲劳验算荷载选择的方法和可行性。技术路线2.关键技术和技术路线⒈定性分析了斜拉-悬吊组合桥梁43与同跨径的悬索桥方案进行比较分析：组合桥梁纵向位移仅为常规单跨悬索桥的15%，而纵向基频提高了3.46倍；在活载作用下，组合桥梁的竖向位移仅为常规单跨悬索桥的60%。在百年横风作用下，组合桥梁的横向位移仅为常规单跨悬索桥的61%。组合桥梁扭转频率比常规单跨悬索桥扭转频率高约20.7%3主要研究成果3.1结构受力特征——结构刚度活载竖向挠度/m与同跨径的悬索桥方案进行比较分析：3主要研究成果3.1443.1结构受力特征

过渡区吊索和斜拉索影响线相反，吊索与斜拉索共同分担活载，有利于减小变形，提高结构活载刚度。（过渡区吊索、斜拉索应力幅较大的表现）在过渡区段，加劲梁的影响区没有明显变化，一定程度上说明两体系间刚度过渡是比较均匀的。（加劲梁不存在刚度变化过快的问题）活载影响线3.1结构受力特征过渡区吊索和斜拉索影响线相反，吊453.1结构受力特征

主缆或斜拉索温度变化对端吊索和最长斜拉索的内力影响最大。主缆温升时，斜拉索的内力增加，吊索内力减小；斜拉索温升时，斜拉索的内力减小，吊索内力增加；系统整体温度变化时，斜拉索、吊索的内力会因为上述因素的综合作用而抵消一部分。主缆升温引起斜拉索和吊索的内力增量/kN斜拉索升温引起斜拉索和吊索的内力增量/kN温度影响3.1结构受力特征主缆或斜拉索温度变化对端吊索和最长斜拉索46

钢混结合面位置

吊索纵向布置桥塔中心线1#、2#斜拉索之间最长斜拉索附件

矢跨比

吊跨比1/9；1/9.5；1/10；1/10.5；1/111.0；0.67；0.57；0.49

吊索刚度

加劲梁刚度平行钢丝；钢丝绳；E=5.0*10000MPa原设计刚度；5倍原设计刚度；10原设计刚度3.2参数影响分析钢混结合面位置吊索纵向布置桥塔中心线矢跨比吊跨比1/471/9

1/9.51/101/10.51/113.2参数影响分析

矢跨比越小，缆力就越大，重力刚度就越大，活载作用下加劲梁的挠度就越小，但工程造价就越高（塔高降低，但主缆用量增加，锚碇规模变大）。矢跨比为1/9及1/10主桥主缆的内力、主梁的刚度具有较为良好的效果，结合本桥的景观考虑，本桥推荐采用1/10矢跨比。

矢跨比比选1/91/9.53.2参数影响分析矢跨比越小，缆力就越483.2参数影响分析

吊跨比比选

悬索桥活载作用下跨中1/4处挠度最大，从提高结构刚度上考虑，将搭接区段设置在跨中1/4附近是相对合理的。当吊跨比采用0.57时，主缆内力、吊索与斜拉索应力幅以及全桥刚度等较为协调，同时主缆用量与锚碇规模能够得到相对较好的控制。经综合比较，本桥吊跨比推荐采用0.57。Ls/L1.00.670.570.493.2参数影响分析吊跨比比选悬索桥活载作用下跨中1/4493.2参数影响分析吊索活载内力幅/kN斜拉索活载内力幅

通过多种方案的比选，在斜拉段交叉设置三根吊索（方案1）即能降低长吊索内力幅，也可以降低最长斜拉索内力幅，故吊索纵向布置方案推荐方案1。

方案1方案2方案3方案4方案6方案5

过渡区吊索布置3.2参数影响分析吊索活载内力幅/kN斜拉索活载内力幅503.2参数影响分析

加劲梁刚度

提高加劲梁刚度对降低端吊索的内力幅有一定的影响。为提高加劲梁刚度，可考虑增大钢加劲梁截面或斜拉索区段的加劲梁采用混凝土箱梁。如果斜拉索区段的加劲梁采用混凝土箱梁，施工和施工控制难度大。故本桥斜拉区段的加劲梁采用钢加劲梁，并可适当增加截面面积，以降低端吊索的内力幅。

为考察斜拉段钢加劲梁刚度对其受力，以及对斜拉索、吊索的影响，考虑如下三种方案：方案1：斜拉段钢加劲梁原设计刚度方案2：斜拉段钢加劲梁刚度增大5倍方案3：斜拉段钢加劲梁刚度增大10倍

3.2参数影响分析加劲梁刚度提高加劲梁刚度对降低513.2参数影响分析

钢混结合段位置综合考虑设计、施工、结构内力、位移等，推荐方案一。

方案一：在索塔中心线附近方案二：在中跨第1、2根斜拉索之间方案三：在跨中最长斜拉索附近3.2参数影响分析钢混结合段位置综合考虑设计、施工、结构523.2参数影响分析

方案2中钢丝绳吊索弹模减小了42.5%，相应活载内力幅降低12.2%。即降低吊索弹模可以减小吊索的活载内力幅。降低吊索的弹性模量，可以减小吊索内力幅，斜拉索内力幅则略有增加。钢丝绳吊索的弹性模量比平行钢丝的弹性模量低得多，故本桥推荐采用钢丝绳吊索。方案1：吊索弹模E=2.0×105MPa,平行钢丝方案2：吊索弹模E=1.15×105MPa,钢丝绳方案3：吊索弹模E=5.0×104MPa

吊索刚度3.2参数影响分析方案2中钢丝绳吊索弹模减小了42.533.3合理成桥状态原则上应尽可能减小斜拉体系和悬吊体系的相互影响，包括主塔和过渡区附近的加劲梁局部弯矩和剪力；主塔两侧的斜拉索内力水平分量应平衡；中跨钢箱梁弯矩分布应相对均匀，绝对值尽可能小；边跨混凝土箱梁为边跨斜拉索提供锚固约束作用，其弯矩分布不作为优化目标，其抗弯能力通过后期预应力设计实现；在确定主梁和主塔受弯状态后，利用“桥梁结构静动力非线性分析系统BNLAS”确定最终的主缆成桥线形和恒载内力。

合理成桥状态的优化目标和原则3.3合理成桥状态原则上应尽可能减小斜拉体系和悬吊体系的相543.3合理成桥状态

使用刚性支撑连续梁法，计算一次成桥阶段中跨加劲梁的竖向支撑反力，用于计算相应斜拉索张拉力和吊索内力；根据中、边跨斜拉索内力水平分量平衡的原则，计算边跨斜拉索索力；根据吊索内力计算成桥阶段主缆几何线形；重复进行非线性结构整体计算，根据计算结果调整斜拉索力和主缆线形，得到相对合理的一次成桥阶段的内力状态。根据桥梁的施工方案，在上一步的基础上进行倒拆分析，得到桥梁合拢前的内力状态；分析体系转换对成桥状态的影响，调整斜拉索张拉力、吊索长度、主缆线形，得到符合实际情况的成桥状态。

合理成桥状态确定的方法3.3合理成桥状态使用刚性支撑连续梁法，计算一次成桥阶段553.3合理成桥状态斜拉索内力分布吊索内力分布/kN

合理成桥状态3.3合理成桥状态斜拉索内力分布吊索内力分布/kN合56钢加劲梁最大应力139MPa跨中主缆安全系数2.41>2.2吊索安全系数4.3>4.0边跨主缆安全系数2.23>2.23.4整体结构分析

总体静力计算分析钢加劲梁最大应力139MPa跨中主缆安全系数2.41>2.257表6‑7钢箱梁主要节点位移单位：m位置荷载竖向位移梁端L/8处L/4处3/8L处跨中处水平位移活载0.0830.4870.3690.0070.112-0.511-1.837-2.611-2.592-0.099温升-0.33-0.792-1.099-1.204-0.266温降0.4441.0181.3671.4850.318

在汽车活载作用下主梁最大上挠0.511m，最大下挠2.611m，挠跨比1/688，小于1/300的规范要求。在运营纵风、百年纵风、制动力作用下，梁端纵向位移分别为0.014m、0.028m、0.029m。在百年横风作用下，主梁的最大横向位移为1.892m，主梁的横向挠跨比为1/951，主梁横向刚度较大，满足规范要求。3.4整体结构分析

总体静力计算分析表6‑7钢箱梁主要节点位移单位58一阶正对称侧弯，频率0.0576HZ一阶反对称竖弯，频率0.1191HZ一阶正对称竖弯，频率0.1216HZ一阶正对称扭转，频率0.2349HZ扭弯比＝0.2349/0.1216＝1.93。3.4整体结构分析

动力特性一阶正对称侧弯，频率0.0576HZ一阶反对称竖弯，频率059表6‑7钢箱梁主要节点位移单位：m3.5施工过程结构分析

施工工序表6‑7钢箱梁主要节点位移单位60表6‑7钢箱梁主要节点位移单位：m3.5施工过程结构分析

吊索与斜拉索特征吊索施工阶段内力变化特征斜拉索施工阶段内力变化

吊索：施工过程中吊索最小安全系数2.6，参照《公路悬索桥设计规范》（报批稿），钢丝绳吊索在换索过程安全系数需大于2.5；斜拉索：施工过程中各斜拉索的安全系数最小值为3.9。表6‑7钢箱梁主要节点位移单位613.5施工过程结构分析

加劲梁3.5施工过程结构分析加劲梁62

由于斜拉段和悬吊段之间存在的刚度差异，使得斜拉悬吊过渡区段加劲梁、吊索、斜拉索的内力幅相对较大，应当对过渡区的加劲梁、吊索、斜拉索的疲劳应力进行总体控制验算。国内疲劳检算的加载次数为200万次，最长斜拉索、端吊索的设计使用寿命一般为20年，平均每年10万次，平均每天274.9次，即便按每天24h行车计算，每小时出现的工况为11.4次。如此频繁的工况，自然不宜采用与强度验算相同的荷载，而应选择对斜拉索、端吊索的设计不利的加载、但经常出现的工况。3.6主要构件疲劳应力幅

概述由于斜拉段和悬吊段之间存在的刚度差异，使得斜拉悬吊过渡区633.6主要构件疲劳应力幅

国内外现行规范均没有针对结构总体设计控制的疲劳加载规定。本报告根据国内外研究现状，选取了三个疲劳荷载加载模式对组合桥梁斜拉索和