七塔预应力混凝土部分斜拉桥结构性能研究.pdf
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1、4 4 桥梁建设 2 0 1 0年第 6 期 文章编 号 : 1 0 0 3 4 7 2 2 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 0 4 4 0 5 七塔预应力混凝土部分斜拉桥结构 性能研究 何祖发 , 李振 ( 1 中铁 大桥局 集 团桥 科 院有 限公 司, 湖北 武 汉 4 3 0 0 3 4 ; 2 盘锦 市 交通建设 有 限责任 公 司, 辽 宁 盘 锦 1 2 4 0 1 0 ) 摘要 :采用有限元 法分析 多塔预应力混凝 土部分斜拉桥的结构性能。同斜拉桥一样 , 部分 斜 拉桥 可 以通过优 化拉 索初 张力 , 确定其 合理 成桥 状 态, 并通过 优化 施 工方案 , 保证
2、结构 安全 、 受力 合理 。部分 斜拉桥 的拉 索主要承担 恒 栽 , 活载主要 由主 梁承担 ; 活载作 用下斜 拉 索最 大应 力幅位 于 边跨 最外侧 的斜拉 索 , 已接近 斜拉桥 拉 索应 力幅 ; 塔 顶 水平位 移与 相邻塔 的 变形相 互影 响较 小 。以 大广 高速 公路 开封 黄 河大桥 为例 , 通过 改 变结构 为连 续 梁桥 和斜 拉桥 体 系后 , 对 比分析 3种 结构体 系活载 作用 下的 结构性 能 , 得 知 : 从 连 续梁桥 、 部分 斜拉 桥 到斜 拉桥 , 结 构体 系整 体 刚度 逐 渐增 大 , 主 梁承 受的 弯矩逐 渐减 小 、 结构 变位
3、 逐 渐减 小 、 结构 各阶 自振频 率逐 渐增 大 。 关键 词 :预 应力混 凝 土结构 ; 部分斜拉 桥 ; 合理 成桥 状 态 ; 结构 性能 中图分类 号 :U4 4 8 2 7 文献标 志码 : A S t u d y o f S t r u c t u r a l Be ha v i o r o f 7 - Py l o n PC Ex t r a d o s e d Br i d g e HEZ u f a L J Z h e n 。 ( 1 B r i d g e S c i e n c e Re s e a r c h I n s t i t u t e Lt d ,Ch
4、 i n a Ra i l wa y Ma j o r Br i d g e En g i n e e r i n g Gr o u p , Wu h a n 4 3 0 0 3 4,Ch i n a ;2 P a n j i n Tr a n s p o r t Co n s t r u c t i o n C o ,L t d ,P a n l i n 1 2 4 0 1 0 ,Ch i n a ) Ab s t r a c t :The f i ni t e e l e me nt me t hod i S u s e d t o a n a l y z e t he s t r ue
5、t u r a 1 be ha v i o r o f t h e mul t i p y l o n p r e s t r e s s e d c o n c r e t e( PC)e xt r a d os e d b r i d ge Li k e a c a bl e s t a y e d b r i d ge,t he r a t i o na l c o m pl e t i o n s t a t us o f t he e xt r a do s e d b r i dg e c a n be de t e r mi ne d t h r ou gh op t i mi
6、z i ng t he i ni t i a l t e ns i o ni n g f o r c e o f s t a y c a b l e s a nd t he s a f e t y a n d r a t i on a l f o r c e c o nd i t i o ns of t he s t r uc t ur e c a n b e e ns ur e d t hr o ug h o pt i m i z i n g t he c o ns t r uc t i on s c he me s The d e a d l o a d o f t he e x t r
7、a d os e d br i d ge i s ma i n l y c a r r i e d by t he s t a y c a bl e s whi l e t he l i v e l o a d i s c a r r i e d by t h e ma i n g i r de r The max i mum s t r e s s a mpl i t u d e of t h e s t a y c a bl e s u nd e r t he a c t i o n of l i v e l o a d i s a t t h e ou t mos t c a bl e
8、s a t s i d e s p a n, whi c h i s q u i t e c l os e t o t h a t of t he s t a y c a bl e s o f t he c ab l e - s t a y e d br i dg e a nd t he mut u a l i nf l u e n c e b e t we e n t h e h o r i z o n t a l d i s p l a c e me n t a t t h e t o p o f a p y l o n a n d t h e d e f o r ma t i o n o
9、 f t h e a a c e n t P Y I o ns i s l i t t l e By wa y of e x a mpl e o f Ka i f e n g Hua n gh e Ri v e r Br i d g e on Da q i n g Gu a ng z h ou Ex pr e s s wa y a nd by c ha ng i ng t he s t r uc t u r e i nt o t he c o nt i nu ou s g i r de r a n d c a bl e s t a y e d b r i d ge, t he s t r u
10、c t u r a 1 b e h a v i o r o f t h r e e t y p e s o f t h e s t r u c t u r a l s y s t e ms u n d e r t h e a c t i o n o f l i v e l o a d i S c o rn p a r a t i v e l y a n a l y z e dI t i s kno wn f r o m t he a na l y s i s t ha t f r om t he c on t i nu ou s gi r d e r t o t h e e x t r a d
11、 o s e d b r i d g e t o c a b l e s t a y e d b r i d g e ,t h e g l o b a l r i g i d i t y o f t h e s t r u c t u r e g r a d u a l l y i n c r e a s e s ,t h e b e n di n g mo m e nt c a r r i e d b y t h e m a i n gi r d e r a nd t he s t r uc t ur a l di s pl a c e m e nt gr a d ua l l y d e
12、c r e a s e whi l e v a r i o us or d e r s o f t he n a t ur a l v i br a t i o n f r e q u e nc y o f t he s t r uc t ur e g r a du a l l y i nc r e a s e Ke y wo r d s:pr e s t r e s s e d c o nc r e t e s t r uc t u r e;e xt r a d o s e d b r i dg e;r a t i ona l c o mpl e t e d b r i d ge s t a
13、 t us ;s t r uc t u r a l b e ha vi or 收稿 日期 : 2 0 0 9 1 2 一O 8 作者简介 : 何祖发 ( 1 9 6 4 一) , 男 , 高级工程师 , 1 9 9 1年毕业于武汉工业大学工 民建专业( h z f wh x s i n a c o m) 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 七塔预应力混凝土部分斜拉桥结构性能研究 何祖发 , 李振 4 5 1 引 言 部分斜拉桥的特点是塔矮、 梁刚、 索集中布置。 已建和在 建 的部分斜 拉桥 以双 塔三 跨居 多 。为克 服 多塔斜拉桥刚度不足和相邻塔 的变形产
14、生相互影响 的弊端 , 发挥 多跨连 续梁 的优 势 , 在 多塔 斜拉 桥刚 度 较难满足要求时, 多塔部分斜拉桥是一种较好的选 择 。本文以大广高速公路开封黄河大桥( 本文简称 “ 开 封黄河 大桥 ” ) 为 例 , 介 绍多 塔预 应力 混凝 土部 分 斜拉桥合理成桥状态 的确定 方法及施工方案 的优 化 , 并对成 桥运 营状 态 下 拉 索 索力 及 塔 顶 水 平 位 移 进 行计算 分析 ; 在开 封黄 河大 桥 的基础 上 , 通 过改 变 结构为连续梁桥和斜拉桥体系后 , 对 比分析了 3种 结构体系活载作用下 的结构性能。 2工程概 况 及结构 特点 2 1 工程 概况
15、开封 黄河 大桥是 大庆 至广 州高 速公路 跨越 黄河 的控 制性 工 程 , 主 桥 采 用 七 塔 八 跨 ( 新 乡 侧 为第 1 跨 ) 预 应 力 混 凝 土 部 分 斜 拉 桥 结 构 , 跨 径 组 成 为 ( 8 5 1 2 +6 x 1 4 0 +8 5 1 2 )12 1 , 主梁 采 用单 箱 三 室变 截 面 P C连续 箱 梁 , 桥塔 采 用 钢 筋 混 凝 土 独 柱 实 心 矩形 截面 , 塔高 2 8 m。斜拉 索采 用平 行 钢绞 线 双索 面结构, 每个桥塔上设 2 1 1 对斜拉索, 主桥总体布 置示 意见 图 1 。 新乡 8 51 2 单 位 :c
16、 m 图 1 主 桥 总 体 布 置 示 意( 1 2) 2 2 结构 特点 ( 1 )常规双 塔 、 多塔 斜 拉 桥 的桥 面 以上 塔 高 与 主跨跨 径之 比为 1 6 1 4 , 部 分斜 拉 桥 的塔 高 为 跨 度 的 1 1 2 1 8 E , 而 开封 黄 河 大 桥 塔 高 为 跨 度 的 1 5 , 比一般部分斜拉桥大 , 属高塔型部分斜拉桥 。 ( 2 )常 规 混 凝 土 斜 拉 桥 边 跨 与 主 跨 比 一 般 为 0 4 O 5 , 部分斜拉桥为 0 5 O 7 6 1 , 开封黄河大 桥 为 0 6 0 8 。 ( 3 )斜拉索采用环氧涂层钢绞线 , 通过塔顶
17、转 向鞍座 锚 固于主梁 内 , 在塔柱 两侧 对称 布置 , 无 常规 斜拉桥的端锚索 ; 主梁上桥塔处无 索区长 4 7 m, 跨 中无索区长 1 3 m。 ( 4 )纵向结构体系采用塔、 梁固结 , 墩、 梁分离 , 墩 顶设 支座 的形式 。 ( 5 )主 梁 采用 悬 臂 施 工 , 每 跨 分 为 1 8个 节 段 , 全桥 共设 8个 合龙 段 , 桥 梁 的最 终形 成 需 要 进行 多 次体 系转 换 。 3合理 成桥 状态 的确 定 部分 斜拉 桥 由于塔矮 , 桥 塔所 承受 的弯矩 较小 , 主梁受弯承担大部分荷载 , 而拉索可以改善主梁受 力状态 , 因此同斜拉桥一样
18、 , 通过优化拉索初 张力 , 确定 合理 成桥 状态 是非 常必 要 的。当结 构体 系确定 后 , 结构的其他荷载基本确定 , 因此索力的大小对成 桥内力状态起决定性作用 。以开封黄河大桥成桥受 力体系为分析对象 , 以结构安全为基础 , 以主梁弯曲 应 变能最 小 为 目标 函数 , 结合 大桥施 工方 案 , 经 正装 迭代优化得到成桥状态下的最优索力, 在该索力作 用下结构的恒载内力分布就是合理成桥状态_ 2 。 采用 MI D AS C i v i l 建立全桥模型, 见图 2 , 全桥 共划分结构单元 1 0 2 3个 , 节点 8 9 1 个 , 其中梁单元 8 6 9个 ,
19、拉索单元 1 5 4个 。桥墩对 主梁 的支撑作用 采用竖向约束模拟 , 拉索与主梁 、 塔之 间的连接采用 刚臂 单元 模拟 , 拉索 的非 线 性 问题 采 用 修 正拉 索 弹 性模 量法 实现 。 图 2全桥模型 离散 图 限于 篇幅 , 仅给 出成桥 状态 主梁 弯矩 图及 5 O号 塔新乡 、 开 封侧 索力 ( 索 的 编号 从 左 至右 分别 为 L 1 1 、 L 1 0 、 、 L 1 、 R1 、 R 2 、 、 R 1 1 ) , 见 图 3 、 图 4 。 最大 : 一 4 5 2 2 4 8 k N l I 图 3成桥状态下主梁弯矩 一 L1 1 L 8 L 5 L
20、 2 R 2 R 5 R 8 R 11 索号 图 4成桥状态下 5 O号塔左 、 右侧 索力 由图 4可知 , 通过优化拉索初张力 , 成桥状态索 力 比较均匀 , 主梁内力分布与多跨连续梁相似, 由于 斜拉索的支承作用 , 主梁弯矩 图和变形 曲线较多跨 连续梁更加平顺 , 结构受力将更合理。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 6 桥梁建设 2 0 1 0 年第 6 期 4施工方 案的优 化 考 虑 到部 分 斜拉 桥 拉 索倾 角 较 小 , 不便 于 索力 调整 , 在保证 结构 安 全 的前 提 下 , 结 合 施 工方 案 , 除 最后一对拉索外 ,
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- 关 键 词:
- 预应力 混凝土 部分 斜拉桥 结构 性能 研究
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