梁拱组合桥吊杆索力研究.pdf
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1、-123-梁拱组合桥吊杆索力研究苗建伟,刘建平(山东省公路设计咨询有限公司,山东 济南 250000)摘要:运用索力优化的理论方法,计算确定梁拱组合桥吊杆合理的成桥索力和施工索力,并分析其对结构应力和位移的影响,为同类型桥梁结构的索力优化设计和施工索力调整提供思路和参考依据。关键词:梁拱组合桥;索力优化;影响矩阵;成桥状态中图分类号:U443文献标识码:AStudy on derrick tensile force of beam-arch composite bridgeMIAO Jianwei,LIU Jianping(Shandong Highway Designing and Cons
2、ulting Co.,Ltd.,Shandong Jinan 250000 China)Abstract:Thispaperusesthetheoreticalmethodofcableforceoptimizationtocalculateanddeterminethereasonablebridgecableforceandconstructioncableforceofgirderandarchcompositebridgehanger.Itanalyzestheinfluenceonstructuralstressanddisplacementandprovidesideasandre
3、ferencesforcableforceoptimizationdesignandcableforceadjustmentinconstructionofthesametypeofbridgestructures.Key words:beam-archcompositebridge;tensileforceoptimization;influencematrix;statusofcompletedbridge引言梁拱组合桥因其结构受力合理、造型独特、经济美观、适应能力强等优势,已广泛应用于大跨径桥梁工程中。作为梁拱组合结构体系中的主动传力构件,吊杆的索力大小将直径影响结构的内力分布和成桥状态
4、1,因此对其合理成桥索力2和施工索力的研究分析就显得尤为重要。1 工程背景依托某地区三跨预应力混凝土梁拱组合桥工程实例进行吊杆索力研究分析。本桥采用公路-I级设计荷载,跨径组合为(50+45+40)m,上部主梁为单箱五室结构的现浇整体箱梁,梁高2.33m,桥梁全断面宽 39m,横桥向断面布置为:6m人行道+11.5m机动车道+4m分隔带+11.5m机动车道+6m人行道。拱肋采用带倒角的矩形截面,拱轴线为二次抛物线,矢跨比分别为1/2、1/3和1/4,现场满堂支架浇筑。全桥吊杆在分隔带处每隔3.5m设置一对PES7-55或PES7-73规格的普通拉索吊杆,三跨分别设有11、10和8对。桥梁墩台分
5、别采用“W”造型墩和一字型台,基础均采用承台接群桩基础。图 1 梁拱组合桥立面2 吊杆成桥状态及施工阶段合理索力确定方法2.1 最小弯曲能量原理最小弯曲能量原理的核心思路是引入一个目标函数,以结构本身的弯曲应变能作为优化对象,使其值为最小时来确定吊杆合理成桥索力。某梁拱组合桥超静定结构有n根吊杆,下面利用最小弯曲能量原理求解吊杆合理成桥索力。n 根吊杆的张拉力分别为X1,X2,Xn,当Xi=1时,结构任意截面的弯矩、轴力及剪力分别为iM,iN,iQ,则该截面的内力:ppp.(1)式中:MP恒载产生的弯矩,kN m;NP恒载产生的轴力,kN;QP恒载产生的剪力,kN。因此,结构所积蓄的应变能:d
6、dd.(2)收稿日期:2022-09-21作者简介:苗建伟(1990),男,山西高平人,硕士研究生,中级工程师,研究方向为桥梁设计。苗建伟,刘建平:梁拱组合桥吊杆索力研究-124-图 2 结构离散图式中:U结构积蓄的应变能,J;E混凝土的弹性模量,MPa;I构件截面惯性矩,m4;G混凝土的切变模量,MPa;A构件截面面积,m2;k切应力沿截面分布不均匀而引用的改正系数,其值与截面形状有关。在对吊杆成桥索力研究时,假定应变能主要考虑主梁和拱肋的弯曲应变能,故结构的应变能总和:0,121)22(CxxxxUi pii jjinijii iini+=iiijip(3)式中:sssdddsd当结构总的
7、应变能U最小时,需满足以下条件:p即:p.(4)令结构各截面积趋于无穷大时,公式(4)将与力法典型方程完全一致。因此,在梁拱组合桥有限元模型计算时,取结构各截面积中的较大值,同时按总重不变原则相应减小各构件的容重值,进而计算得到结构的内力值。2.2 影响矩阵原理影响矩阵原理是以吊杆的施工张拉力为基本量,利用线性叠加从而实现吊杆索力为合理成桥索力。分别建立三个列向量T、F、Ci,即目标向量、控制向量和影响向量。其中,目标向量选取关键截面的指定调整值,控制向量为可调整的列向量,则相应产生的影响矩阵:.(5)若结构满足该线性叠加的原理,可将影响矩阵计算方法应用于实际工程中绝大数结构的计算中。3 确定
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