斜拉橋主塔鋼混結(jié)合段受力分析研究.pdf

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1、橋梁工程器BridgeEngineering斜拉橋主塔鋼混結(jié)合段受力分析研究曹永睿1,李艷花2(1.北京建達(dá)道橋咨詢有限公司,北京100015;2.河南省濮陽市引黃工程管理處,河南濮陽457000)摘要:以某在建的2x130m獨塔斜拉橋為例,研究了主塔下塔柱鋼混結(jié)合段的構(gòu)造和設(shè)置方法,并基于大型通用有限元分析程序ANSYS對該鋼混結(jié)合段進(jìn)行了空間有限元計算分析,研究了結(jié)合段處鋼塔柱和混凝土塔柱間的應(yīng)力傳遞情況和分布規(guī)律,取得了一些有價值的結(jié)果,為今后采用鋼混結(jié)合段連接的主塔的設(shè)計與優(yōu)化提供參考:關(guān)鍵詞:斜拉橋;主塔鋼混結(jié)合段;傳力機(jī)理:有限元分析中圖分類號:U448.2

2、7文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號:1009—7767(2013)04—0047—04StudyonForceAnalysisofSteel-concreteCompositeSegmentintheMainTowerofCable-stayedBridgeCaoYongrui,LiYanhua索塔是大跨徑纜索橋梁最突出的構(gòu)造物,因此其造型的美觀與否是全橋景觀設(shè)計的重點.同時索塔外形設(shè)計還要滿足結(jié)構(gòu)受力要求.并兼顧施工、造價等因素。由于鋼材具有良好的受力性能和可焊接性.能滿足主塔各種造型的需要。近年來鋼制主塔得到了越來越多的應(yīng)用。鋼混結(jié)合段錨同技術(shù)被廣泛應(yīng)用于鋼制主梁和混凝土主梁

3、岬1及鋼制主塔和混凝土基礎(chǔ)15卅的連接上。鋼制主塔的基礎(chǔ)一般均由混凝土制成,鋼塔柱與混凝土基礎(chǔ)的錨固連接部分在施工和運營階段承受著巨大的荷載,是整座橋梁施工成敗的關(guān)鍵部位。因此在鋼混結(jié)合連接設(shè)計時需要采取可靠的構(gòu)造措施,將2種不同性質(zhì)的材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分的連接,保證荷載的有效傳遞、變形的一致協(xié)調(diào),同時應(yīng)具有良好的可靠性和施工性能。筆者以某在建的2x130m獨塔斜拉橋為例.就主塔鋼混結(jié)合段受力情況作如下分析。1工程背景某橋梁為2x130m預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋,主橋全長260m,全寬28.0m,采用獨塔結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)整體為塔梁固結(jié)體系,過渡墩處設(shè)置豎向支座:斜拉索采用雙索面雙排扇

4、形布置。全橋共38根:斜拉索在混凝土主梁上采用齒板錨固.在索塔上采用鋼錨箱錨固,張拉端設(shè)置在塔端。該橋基礎(chǔ)采用承臺加群樁的形式,承臺形狀為矩形,厚度4.5m,下接18根直徑2m的樁基。主橋總體立面圖如圖l所示,主梁采用單箱5室等截面箱梁,材料為C50預(yù)應(yīng)力混凝土,中心處梁高3.2m。頂面設(shè)置雙向2%橋面橫坡。主塔采用空間造型橋塔,縱橋向立面呈人字形.橫橋向呈Y型。主塔采用鋼混組合結(jié)構(gòu),塔柱白塔底至圖1主橋總體立面圖(crll塔頂依次為:17.2m混凝土塔柱、6.8m鋼混結(jié)合段和82m鋼塔柱。主塔鋼塔柱采用變壁厚設(shè)計.變厚時保證塔壁外側(cè)對齊。主塔壁板均采用板式加勁肋,鋼塔

5、柱橫向設(shè)置橫隔板。塔柱斷面采用帶切角的四邊形,主塔縱向兩斜腿內(nèi)邊距為5m,外邊距為12.7m;橫向上部分斜腿水平寬3m,下方直線段寬4m。下塔柱材料為C50混凝土,橋塔兩側(cè)斜腿根部縱橋向間距為22m。2013年$4期(7一)931巷啼葒投術(shù)47器橋梁工程索塔立面布置圖如岡2所示。1.!!!!.}囂a)立面圖7/妻萎\\\、\\’\:\、\寶、\、、l\勺//lI\、監(jiān)//’///.////’//,L/i>’/,——7/,7,,///--//一,/I"——7/’///.——}f\\—it

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10、側(cè)面圖2主塔鋼混結(jié)合段錨固方法研究由于該橋下塔柱縱向叉開。下塔柱的軸力在鋼混結(jié)合段頂面的水平分力將引起鋼塔柱與混凝土塔柱間的剪力。下塔柱與承臺采用固結(jié)連接【7】,比較符合塔柱根部的受力特點,傳力方式明確、維護(hù)工作簡便易行。該橋有通航的需要,因此鋼混結(jié)合段必須放置于水面之上.又因為主梁為混凝土材料且要與主塔固結(jié),因此鋼混結(jié)合面需要放置到橋面之上。設(shè)置錨固位置時考慮到施_T方便性和塔身彎矩最小的受力需要,最終將鋼混結(jié)合面放置在距橋面6.8m處。該處位于主塔縱橋向分叉點之下,由鋼制下塔柱和混凝土塔柱相結(jié)合。雖然錨固面做成傾斜的(垂直于塔柱軸線)可以有效解決軸力和水平力的傳遞問

11、題【61,錨固構(gòu)造也相對簡單,但由于該橋塔柱尺寸相對較小,塔身內(nèi)力不是特別大。因此考慮到施工的方便性將混凝土塔柱頂面做成水平的,通過在承壓板上開孔澆筑混凝土,這樣可以使錨同面混凝土澆筑得更加密實。鋼塔柱與混凝土塔柱之間可選擇的連接方式包括螺桿錨固法、鋼塔柱埋人法及以上2種方法的結(jié)合[8】二48啼葒投木2013No.4(Jul.)V01.31螺桿錨固法通過承壓板與混凝土塔柱頂面?zhèn)鬟f壓力,螺桿錨固承擔(dān)由截面彎矩引起的拉力;而鋼塔柱埋入法通過設(shè)置剪力連接件以混凝土受剪的方式傳力。鋼塔柱埋入時要求鋼塔柱的混凝土有較大的尺寸來傳力.該橋主塔因為造型

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