六冲河大跨径预应力混凝土斜拉桥预应力后期束优化研究.pdf
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1、公路 交通技 术2 0 1 5年 6月 第 3期T e c h n o l o g y o f H i g h w a y a n d T r a n s p o r t J u n 2 0 1 5 N o 3 D O I : 1 0 1 3 6 0 7 j c n k i g l j t 2 0 1 5 0 3 0 0 1 1 六冲河大跨径预应力混凝土斜拉桥 预应力后期束优化研究 刘超豪, 田 彬 ( 贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司, 贵阳5 5 0 0 8 1 ) 摘要: 斜拉桥的发展趋势是跨径超大化、 结构轻型化, 使其结构受力性能更为复杂, 其受力性能的进一步优化显得 尤为重
2、要。以混凝土梁预应力理论为基础, 选择六冲河主跨4 3 8 m大跨径双塔斜拉桥作为研究对象, 对斜拉桥中最 典型的大跨径双塔斜拉桥的预应力后期束配置进行优化研究, 运用大型有限元计算软件 Mi d a s C i v i l 对不同预应力 度下的结构进行计算, 分析其受力性能, 使其在结构受力性能和经济性上更为合理, 为混凝土斜拉桥预应力设计提 供一定的参考。 关键词 : 斜拉桥 ; 后期 束 ; 优化 ; 应 力 文章编号 : 1 0 0 9 6 4 7 7 ( 2 0 1 5 ) 0 3 0 0 4 7 0 5 中图分 类号 : U 4 4 8 2 7 文献标识 码 : A Op t im
3、iz a t io n Re s e a r c h o n Pr e s t r e s s e d L a t e T e n d o n s o f L iu c h o n g Ri v e r L a r g e s p a n Pr e s t r e s s e d Co n c r e t e Ca b l e s t a y e d Br id g e L I U Cha o h a o,TI AN Bi n Ab s t r a c t :At p r e s e n t ,t he c a b l es t a y e d b rid g e s e x h i b i
4、t a d e v e l o p me n t t e n d e nc y o f s u p e rl a r g e s p a n a n d l i g h t e r s t r u c t u r e, e n a b l i n g me c h a n i c a l p e r f o r ma n c e o f s t ruc t u r e s t o b e mo r e c o mp l i c a t e d ,t h e r e f o r e ,f u rt h e r o p t i mi z a t i o n o f me c h a ni c a
5、l p e r f o r ma n c e s h o ws p a rti c ul a r i mp o r t a n c e On t h e ba s i s o f t h e t h e o r y o f p r e s t r e s s e d c o nc r e t e b e a ms ,t h i s p a pe r s e l e c t s Li u c h o n g Ri v e r La r g es p a n Do u b l et o we r Ca b l es t a y e d B ri d g e a t a m a i n s p a
6、n o f 4 3 8 m a s t h e o b j e c t o f r e s e a r c h t o c o n d u c t o p t i mi z a t i o n r e s e a r c h o n c o n fi g u r a t i o n o f p r e s t r e s s e d l a t e t e n d o n s o f t h e mo s t t y p i c al l a r g e s p a n do u b l e t o we r c a bl e -s t a y e d b r i d g e s i n c
7、a b l e- - s t a y e d b ridg e s ,a nd c a l c u l a t e s s t ruc t u r e s u n d e r di f f e r e n t d e g r e e s o f p r e s t r e s s b y me a n s o f l a r g es c a l e fin i t e e l e me n t c o mp u t a t i o n a l s o ft wa r e Mi d a s C i v i l a n d a n a l y z e s i t s me c h a n i c
8、 a l p e rfo rm a n c e w i t h t h e p u r p o s e s o f r e a l i z i n g mo r e r e a s o n a b l e me c ha n i c a l p e rfo rm a n c e o f s t r u c t u r e s a n d e c o n o my S O a s t o p r o v i d e a c e rta i n r e f e r e n c e f o r p r e s t r e s s d e s i g n o f c o n c r e t e c a
9、 b l es t a y e d b rid g e s Ke y wo r d s :c a b l es t a y e d b r i d g e ;l a t e t e n d o n;o p t i mi z a t i o n;s t r e s s 斜拉桥具有可调性 , 其主梁在施工 阶段的弯曲 受力和成桥 阶段 的恒载弯矩 都可 以进 行优化。因 此 , 主梁弯矩在作用效应组合下以活载为主且主要 承受正弯矩 J 。然而 由于混凝土抗拉强度较低 , 在 荷载作用下必须有足够 的预压应力以避免拉应力过 大导致主梁出现裂缝 , 从而影响斜拉桥 的使用性能 甚至安全性。 目前 ,
10、对于预应力混凝土斜拉桥 , 通常 选用全预应力结 构进行设计 J 。然而 由于全预应 力结构不允许 出现拉应力的特点 , 需配置更多预应 力钢筋 , 工程投资往往较高 , 不仅不经济 , 而且施工 收稿 日期 : 2 0 1 41 1 0 5 作者简介 : 刘超豪( 1 9 8 7一) , 男 , 湖南省娄底市人 , 硕士 , 助工 也不便 J 。这些 因素对 预应力混凝 土斜拉桥 的进 一 步发展均造成不 良影响。 实际上 , 随着斜拉桥梁体 向密索体 系与减小梁 体截面刚度 的方向发展 , 其 主梁 以受压为主的受力 特征越来越 明显地得 到体现 J 。斜 拉索水平 分力 很大程度上给主梁
11、提供 了足够的预压应力 , 但这种 预压应力在跨 中一定范 围内却不足 , 合龙段甚至没 有, 因此在荷 载组 合作 用下会 出现 下缘拉 应 力峰 值 5 J 。如果采用全 预应力结构方法进行配置设计 , 则会带来如下问题 : 1 )势必造成跨 中区域为了防止 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 公路交通技术 2 0 1 5年 下缘拉应力峰值的增大而增加 大量 的预应力钢束 ; 2 )为了满足施工受力要求 , 设计时会在近塔 区域 附 近增加大量预应力束, 而这些预应力束在成桥运营 阶段却会成为桥梁结构 的负担, 同时由于大量预应 力的增加所引起的混凝土压应力增大
12、反而会 降低结 构的安全性 ; 3 )由于斜拉桥主梁弯矩在荷载组合 作用下 以活载为主, 因此 , 如果采用全预应力设计 , 则在活载未作用时 , 预应力弯矩 因为得不到外荷载 的平衡会成为结构受力的不利 因素。因此 , 如果采 用部分预应力设计 , 则可将上述不利因素尽可能降 低到最小程度 , 从而可避免预压应力过大产生不利 影响, 使预应力混凝土斜拉桥在性能上更为合理 , 同 时也更便于施工 , 而节省的预应力钢筋和锚具也能 获得一定的经济效益。 本文以预应力混凝土理论 为基础 , 对 已建成通 车的贵州省六冲河大桥预应力后期束设计进行合理 优化研究 , 为类似桥梁的预应力设计提供一定参考
13、。 1工程概 述 六冲河大桥是贵州省黔织高速公路上的一座预 应力混凝土大跨径双塔斜拉桥, 全长 1 5 0 6 0 1 6 m。 主桥跨径布置为 1 9 5 m+ 4 3 8 m+1 9 5 m, 两岸各设 1 个辅助墩 。 主梁横断面为 形肋板 式梁 , 采用 C 6 0混凝 土。桥面 宽 2 4 1 m, 梁 体高 2 7 m, 主梁顶 板 厚 0 3 2 m 。 该桥斜拉索按双索面扇形密索体系布置 , 全桥 共有 2 2 0根 。2个主塔均布置 2 7对空 间结构 的斜 拉索, 主塔处设有 1对 0 索作为竖 向支承。主跨部 分的斜拉索在梁上 的索间距是 7 8 m。另外 , 根据 每个
14、现浇梁段长度的不 同, 还按 6 5 、 5 5 m几种不 同索距进行了布置 。 2 计算模型 六冲河大桥 Mi d a s C i v i l 计算模型共有 8 9 7个 节点 , 6 7 2个 单 元 , 其 有 限元 模 型 离 散 图如 图 1 所 示 。 本模型中, 大桥全预应力混凝土主梁预应力钢 束分高强钢绞线和精轧螺纹粗钢筋 2种。预应力钢 绞线采用 1 5 2 0 mm低松弛预应力钢绞线 , 抗拉 强度 标 准 值 为 = 1 8 6 0 MP a ,弹 性 模 量 E=1 9 51 0 MP a , 预应力后 期束全部采用 高强钢 图 1 六冲河大桥 Mi d a s 有限元
15、模型 绞线。精轧螺纹钢采用 = 3 2 m m 的 4 0 S i Mn M o V 精轧螺纹粗钢筋 , 抗拉强度标准值为 7 8 5 MP a 。六 冲河大桥预应力后期束的详细参数见表 1 。 3 优化前六冲河大桥整体性能分析 3 1施工 阶段应 力分析 通常 , 斜拉桥主梁施工时, 应力分析最为典型的 几个阶段主要有最大双悬臂 、 全桥合龙、 2期恒载以 及成桥 l 0年后收缩徐变基本完成等 4个关键 阶段 。 六冲河大桥各施工阶段主梁最大应力汇总见表 2 。 由计算分析可知 , 六冲河大桥主梁从合龙开始直 到收缩徐变完成的所有施工阶段, 与边界墩相接的梁 段上缘均出现了 1 MP a的拉
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