多塔斜拉橋力學(xué)特性分析

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1、40世界橋梁2014,42(1)多塔斜拉橋力學(xué)特性分析李忠三,雷俊卿,林道錦。(1.北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院,北京100044;2.中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司,北京100088)摘要:為了研究多塔斜拉橋的力學(xué)行為特性,以嘉紹大橋結(jié)構(gòu)參數(shù)為基本參數(shù),采用有限元軟件建立了雙塔至六塔斜拉橋模型,計算分析多塔斜拉橋在公路~I級汽車荷載作用下隨著橋塔數(shù)量的增加,主梁跨中撓度、塔頂水平位移及塔底彎矩的變化規(guī)律,并分析了橋塔與主梁剛度以及橋梁結(jié)構(gòu)體系對多塔斜拉橋整體剛度的影響。結(jié)果表明:多塔斜拉橋隨著塔數(shù)的增加,主梁跨中撓度顯著增加,塔頂水平位移不斷遞增,塔底彎矩變化較小;提高

2、橋塔剛度可直接改善多塔斜拉橋結(jié)構(gòu)整體剛度,采用塔梁固結(jié)體系也可有效解決主梁豎向剛度問題,同時可減小中間塔塔底的活載彎矩。關(guān)鍵詞:橋梁工程;多塔斜拉橋;橋塔;撓度;剛度;結(jié)構(gòu)體系中圖分類號:U448.27文獻標(biāo)志碼:A文章編號:1671—7767(2014)01—0040~051前言2有限元計算分析多塔斜拉橋是最近幾十年在常規(guī)斜拉橋基礎(chǔ)上橋梁結(jié)構(gòu)因恒載產(chǎn)生的內(nèi)力和變形一般可以通發(fā)展出來的新橋型,在寬闊的江河、海峽上修建橋過設(shè)置預(yù)拱度、調(diào)節(jié)索力的方式加以改善,但是在斜梁,需要較大跨越能力時,多塔斜拉橋成為經(jīng)濟和技拉橋進入運營階段以后,活載是作用在結(jié)構(gòu)上的主術(shù)上可行的一種選

3、擇方案。但與雙塔斜拉橋相比,要荷載,且活載作用的位置會隨時改變,從而導(dǎo)致橋多塔斜拉橋的中間塔沒有設(shè)置端錨索控制偏位,兩梁變形也隨之改變,為了控制活載作用下的結(jié)構(gòu)變側(cè)也沒有輔助墩,從而減弱了結(jié)構(gòu)的整體剛度,導(dǎo)致形,一般只能通過提高結(jié)構(gòu)的整體剛度來適當(dāng)控制,斜拉橋的柔性較大,主梁在活載作用下的位移明顯而無法完全消除。對于多塔斜拉橋而言,恒載作用增大。因此在多塔斜拉橋結(jié)構(gòu)體系中,斜拉索對結(jié)下的中間塔并不會發(fā)生偏位,其力學(xué)行為與雙塔斜構(gòu)整體剛度貢獻較小,主要靠主梁和橋塔的剛度來拉橋類似l_2],所以本文在對多塔斜拉橋進行計算分發(fā)揮作用,在結(jié)構(gòu)行為上與雙塔斜拉橋有著明顯的析時,

4、只分析結(jié)構(gòu)在公路一工級汽車荷載作用下的區(qū)別。多塔斜拉橋的核心問題是如何控制結(jié)構(gòu)在活力學(xué)特性。載作用下的位移,而如何控制中間塔的變位又是重2.1計算模型點需要解決的環(huán)節(jié)I1]。為研究多塔斜拉橋與雙塔斜拉橋力學(xué)行為的區(qū)針對多塔斜拉橋的力學(xué)特性問題,很多學(xué)者已別,以在建的六塔斜拉橋嘉紹大橋的結(jié)構(gòu)參數(shù)為基經(jīng)進行了一些研究l_1叫],但多集中于分析設(shè)置加勁本參數(shù),采用大型通用有限元軟件MIDASCivil,分索以及增設(shè)輔助墩等改變結(jié)構(gòu)布置來提高結(jié)構(gòu)剛別建立主跨為428m的雙塔至六塔斜拉橋模型(見度,對于多塔斜拉橋橋塔剛度適宜性的選擇及結(jié)構(gòu)圖1)進行研究。體系的選擇對剛度的影響,

5、還很少涉及。為深入了在建立模型時,所有模型的主梁、橋塔、墩和斜解多塔斜拉橋的結(jié)構(gòu)性能,本文分析了多塔斜拉橋拉索等構(gòu)件的材料、截面型式和幾何尺寸均相同,各中間塔的受力特點和存在的問題,并重點研究了改模型均為飄浮體系,塔、梁和墩采用梁單元模擬、斜善多塔斜拉橋中間塔受力的2種措施,一是采用大拉索采用桁架單元模擬。荷載為公路一工級汽車荷剛度橋塔;二是合理采用塔梁結(jié)構(gòu)體系,并對這2種載,所有模型均為雙向8車道布置,橫向折減系數(shù)取措施的適用性進行研究。0.5,縱向折減系數(shù)取0.96,并考慮1.15的偏載系數(shù)。收稿日期:2013—08—09基金項目:國家自然基金資助項目(5l178

6、042)作者簡介:李忠三(1985一),男,2007年畢業(yè)于長沙理工大學(xué)橋梁與隧道工程專業(yè),工學(xué)學(xué)士,201o年畢業(yè)于長沙理工大學(xué)橋梁與隧道工程專業(yè),工學(xué)碩士(E-mail:lzhs0126@sina.corn)。多塔斜拉橋力學(xué)特性分析李忠三,雷俊卿,林道錦41一??(a)雙塔斜拉橋(b)三塔斜拉橋(c)四塔斜拉橋(d)五塔斜拉橋(e)六塔斜拉橋圖1斜拉橋模型2.2計算結(jié)果分析表2活載作用下塔頂水平位移對于斜拉橋,一般比較關(guān)注其在活載作用下的主梁撓度、橋塔彎矩、塔頂水平位移等力學(xué)特性,因此從這幾方面來對比分析常規(guī)的雙塔斜拉橋與多塔斜拉橋之間的力學(xué)行為差別。因為采用的橋

7、梁模型結(jié)構(gòu)順橋向均為對稱布置,所以分析時僅取梁端到跨中一半結(jié)構(gòu)對比分析其在活載作用下的力學(xué)行為。表1~表3為多塔斜拉橋在公路一I級汽車荷載作用下主梁跨中撓度、塔頂水平位移和塔底彎矩,其中,跨中撓度指主梁在中跨跨中處位移,塔頂水平位移和塔底彎矩指中間塔位置。表1活載作用下跨中撓度注:塔頂水平位移值取向跨中側(cè)為正;T,a為各塔頂水平位移值;i為塔數(shù)。由表1可以看出,當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù)一致時,在公路一工級汽車荷載作用下,主跨為428m的雙塔斜拉橋跨中撓度為0.61m,撓跨比為L/701,滿足《公路斜拉橋設(shè)計細則》(JTG/TD65—01—2007)規(guī)定的撓跨比小于

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