(1) 线路标准: 双线地铁，设计时速 120 km/h，直线，20‰纵坡。

(2) 设计荷载: 地铁B型车，六节编组。

(3) 轨道类型:无缝线路，线间距 7.3 m。

(4) 地震烈度: 地震动峰值加速度 0.1 g，反应谱特征周期 0.25 s。

部分斜拉桥是主梁、桥塔及斜拉索协同作用的结构体系。桥塔、主梁、斜拉索的刚度与其分配情况对部分斜拉桥的力学特性有着决定性的影响，其关键结构参数有：结构体系、边中跨比、主梁刚度、桥塔高度、桥塔刚度、拉索间距、无索区长度。

（1）结构体系：部分斜拉桥常用的结构体系为塔墩梁固结的刚构体系或塔梁固结的支座体系。

塔墩梁固结的部分斜拉桥，主梁可视为多点弹性支承的刚构，结构刚度大，避免大吨位支座，施工时不需设置临时固结，适合于悬臂施工。该体系缺点是固结处负弯矩大，使固结处附近主梁截面需要加大，且主梁对地震、温度荷载作用较为敏感。

支承体系为塔梁固结、塔墩分离形式，该体系接近主梁具有弹性支承的连续梁，主梁的内力大小与主梁与桥塔的抗弯刚度比值有关。支座体系取消了承受很大弯矩的梁下塔柱部分，显著减小了主梁中央段承受的轴向拉力，主梁受力也很均匀，索塔和主梁的温度应力也较小。

本桥中墩墩高较低，最小墩高和跨度的比值为1/14.5。经计算，固结体系墩顶负弯矩为支座体系的墩顶负弯矩的1.4倍，且主梁温度应力较大，通过受力分析比选，本桥采用塔梁固结的支座体系。

（2）边中跨比：边中跨比是边跨与中跨长度的比值，如果边主跨比太小，在活载作用下，会导致边跨支座处出现负反力，而如果边主跨比太大，边跨主梁会出现较大的正弯矩，不利于边跨斜拉索与预应力钢束的配置。考虑到部分斜拉桥的主梁支承方式是连续梁或连续刚构形式且无边索锚固作用，为了方便悬臂施工及使得边支点不产生拉力，边中跨比宜与连续梁桥或连续刚构边中跨比取值相当，即边中跨比宜为0.55~0.6。

本桥边中跨比为0.5625，属于部分斜拉桥合理的边中跨比范围。

（3）桥塔高度：部分斜拉桥一般采用双柱式桥塔或单柱式桥塔。桥塔承受来自斜拉索的斜拉力及由两侧索力差引起的弯矩。部分斜拉桥的桥塔高度，将会直接决定斜拉索的主梁之间的夹角大小，从而影响斜拉索分担竖向荷载的大小。

铁路部分斜拉桥的桥面以上塔高与中跨跨度比值为1/8~1/6，比公路的1/8~1/12略大，这是因为铁路荷载比公路荷载大，即铁路部分斜拉桥的恒活比要小于公路。而轨道交通桥梁，其活载介于铁路活载和公路活载之间，但其刚度要求和铁路较为接近。

因此有必要对轨道交通部分斜拉桥合理的桥塔高度及刚度进行研究。

（4）无索区长度：部分斜拉桥的受力特性接近于连续梁桥，其整体刚度主要是由主梁提供，斜拉索可以看成体外预应力筋。与常规斜拉桥不同的是，部分斜拉桥在中跨与边跨都存在明显的无索区段。例如，部分斜拉桥在恒载与活载的作用下，部分斜拉桥主梁在塔根附近的弯矩（负弯矩绝对值）均较大，给主梁顶板内的预应力束的布置带来很大困难。因此，通过调整塔根无索区长度、边跨边部无索区长度和中跨跨中无索区长度，从而调整塔根附近、边中跨各个控制截面的弯矩值在合理的范围内。

（5）拉索布置：部分斜拉桥拉索横向布置有单索面、双索面及多索面，纵向布置可选择扇形、竖琴形与辐射形，目前国内外部分斜拉桥主要为双索面与扇形布置。经统计，铁路部分斜拉桥的索距范围为7.0m~9.0m，而公路部分斜拉桥的索距范围为4.0m~6.0m。

因此，有必要研究轨道交通部分斜拉桥的合理索距范围。

采用通用有限元软件 Midas Civil 2019建立空间有限元模型，将结构离散为285个节点、177个梁单元、56个桁架单元。主梁、桥塔、桥墩、采用空间梁单元模拟，斜拉索采用桁架单元模拟，采用施加相应刚度矩阵的方法模拟基础底部边界条件。结构有限元模型如图 1 所示。

4.1  主梁刚度

由图2~图4可知，在活载作用下，主梁刚度增大，主梁挠跨比、梁端转角、塔顶水平位移和拉索应力幅呈减小趋势，且减小幅度较大，主梁跨中挠度最小值仅为最大值的2.8%，梁端转角最小值为最大值的1.6%，塔顶水平位移最小值为最大值的2.6%，拉索应力幅最小值为最大值的3.2%；主梁跨中、中支点弯矩逐渐增大，跨中弯矩最大值为最小值的1.64倍，塔根处弯矩最大值为最小值的2.69倍。

主梁刚度较小时，对结构内力和变形的影响较大，但当主梁刚度增大到一定程度时，对结构内力和变形的影响并不明显。综上所述，部分斜拉桥对主梁的刚度变化较为敏感。

4.2  桥塔高度

桥塔高跨比取值为1/10、1/9、1/8、1/7和1/6，桥塔高度分别为16m、17.78m、20m、22.86m和26.67m。在静活载作用下，桥塔高度对结构主要内力和变形的影响如图5~图7所示。

图5~图7表明，在活载作用下，桥塔高度增大，主梁挠跨比、梁端转角呈减小趋势，且减小幅度较小，主梁跨中挠度最小值为最大值的93.1%，梁端转角最小值为最大值的98.5%；塔顶水平位移逐渐增大，但塔顶位移与塔高的比值逐渐减小，塔顶水平位移与塔高比值的最小值为最大值的80.7%；拉索应力幅逐渐增大，拉索应力幅最大值为最小值的1.22倍；主梁跨中、中支点弯矩逐渐减小，跨中弯矩最小值为最大值的93.3%，塔根处弯矩最小值为最大值的88.1%。

桥塔高度增加，可改善结构的受力性能，而桥塔高度增加会使得桥塔和拉索的材料用量增大，且拉索应力幅提高，因此在保证拉索应力幅满足疲劳设计要求的前提下，可尽量提高桥塔高度。具体设计时，应结合景观及经济性，来确定桥塔的高度。

4.3  桥塔刚度

桥塔刚度取原刚度的0.1倍、0.2倍、0.5倍、1倍、2倍、5倍、10倍，其他参数不变。在静活载作用下，

桥塔刚度对结构主要内力和变形的影响如图8~图10所示。

图8~图10表明，在活载作用下，桥塔刚度增大，主梁挠跨比、梁端转角呈减小趋势，且减小幅度较小，主梁跨中挠度最小值为最大值的98.2%，梁端转角最小值为最大值的97.8%；塔顶水平位移和拉索应力幅逐渐增大，塔顶水平位移的最大值为最小值的1.15倍，拉索应力幅最大值为最小值的1.2倍；主梁跨中弯矩变化幅度很小；主梁塔根处弯矩先减小后增大，塔根处弯矩最大值为最小值的1.05倍。

桥塔刚度增加，对主梁的受力影响很小，而对桥塔自身及拉索的受力影响稍大，总体来说，改变桥塔刚度对部分斜拉桥受力特性的影响很小。因此，可认为对于以主梁受力为主的部分斜拉桥，其桥塔刚度满足自身的受力性能要求即可。

4.4  拉索间距

拉索间距取4.0m、6.0m、8m、9.6m、12.0m，拉索的总面积及布置区域不变，其他参数不变。在静活载作用下，拉索间距对结构主要内力和变形的影响如图11~图13所示。

由图11~图13可知，在活载作用下，拉索间距增大，主梁挠跨比、梁端转角呈减小趋势，且减小幅度较小，主梁跨中挠度最小值为最大值的98.1%，梁端转角最小值为最大值的99.3%；塔顶水平位移和拉索应力幅逐渐减小，塔顶水平位移的最小值为最大值的96.8%，拉索应力幅最小值为最大值的97.3%；主梁跨中弯矩和塔根处弯矩呈减小趋势，跨中弯矩最小值为最大值的98.4%，塔根处弯矩最小值为最大值的96.3%。

从受力性能上分析，拉索间距增大，结构的受力性能改善，但当索距超过8m，其优势也并不明显；从经济角度上分析，密索布置下拉索的利用效率较低．在材料用量及利用效率上都远没有稀索布置经济。但是索距过大，拉索在施工过程中对主梁的帮扶有所减弱。综合上述，采用稀索布置对于部分斜拉桥较为有利，能满足结构受力要求。

4.5  塔根无索区