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        地錨式獨(dú)斜塔斜拉橋結(jié)構(gòu)體系的受力研究

        2020-02-04 07:44:05周玲玲
        現(xiàn)代鹽化工 2020年4期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)體系斜拉橋內(nèi)力

        摘 要:以貴州芙蓉江大橋?yàn)楣こ瘫尘?,分別建立了剛構(gòu)、固結(jié)及支承3種結(jié)構(gòu)體系的斜拉橋有限元模型,分析3種體系在恒載和活載作用下主梁的內(nèi)力和變形,綜合確定其較優(yōu)的結(jié)構(gòu)體系。結(jié)果表明,剛構(gòu)體系的塔梁剛度較大,主塔偏位及主梁撓度最小,但主梁根部會(huì)出現(xiàn)較大的負(fù)彎矩;支承體系的主梁跨內(nèi)恒載正彎矩非常大,主梁受力性能差;活載對(duì)3種體系的主梁跨內(nèi)正彎矩影響不大。綜合分析得,獨(dú)斜塔斜拉橋采用塔墩梁固結(jié)體系較優(yōu)。

        關(guān)鍵詞:斜拉橋;獨(dú)斜塔;結(jié)構(gòu)體系;變形;內(nèi)力

        基金項(xiàng)目:地錨式獨(dú)斜塔斜拉橋受力性能與結(jié)構(gòu)體系(19KJX016)

        20世紀(jì)60年代,德國(guó)建成了世界上第一座主跨301 m的獨(dú)塔斜拉橋(Severin橋)。據(jù)統(tǒng)計(jì),在世界上已建成的斜拉橋中,獨(dú)塔斜拉橋占1/6~1/4[1]。1981年,四川金州縣曾達(dá)橋建成,這是我國(guó)第一座獨(dú)塔斜拉橋,其跨徑為39 m+71 m。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前,我國(guó)已建成的獨(dú)塔斜拉橋約占國(guó)內(nèi)斜拉橋的1/3[2]??芍?dú)塔斜拉橋的發(fā)展雖然滯后于雙塔斜拉橋,但其后期發(fā)展還是比較迅速的。獨(dú)塔斜拉橋造型輕巧且美觀[3],在大多數(shù)情況下其高聳的主塔與周圍的環(huán)境能良好地融合在一起。目前,修建的獨(dú)塔斜拉橋跨度都不大,其主梁不僅采用混凝土梁或者鋼梁。當(dāng)獨(dú)塔斜拉橋的懸臂長(zhǎng)度超過(guò)150 m時(shí),超過(guò)部分應(yīng)考慮用輕質(zhì)混凝土梁來(lái)建造,可獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益[4]。根據(jù)主塔與主梁連接方式的不同,斜拉橋結(jié)構(gòu)體系分為漂浮體系、支承體系、剛構(gòu)體系及固結(jié)體系[5-8]。國(guó)內(nèi)很多學(xué)者對(duì)結(jié)構(gòu)體系開展了研究[9-12]。本研究主要通過(guò)數(shù)值分析的方法對(duì)獨(dú)斜塔斜拉橋的剛構(gòu)體系、固結(jié)體系和漂浮體系進(jìn)行受力對(duì)比分析,研究了3種結(jié)構(gòu)體系在恒活載作用下的受力性能,確定獨(dú)斜塔斜拉橋受力最優(yōu)的結(jié)構(gòu)體系形式。

        1 芙蓉江大橋概況

        芙蓉江大橋是一座單跨地錨式獨(dú)斜塔混凝土斜拉橋,采用塔墩梁固結(jié)體系[11](見(jiàn)圖1)。主橋跨徑長(zhǎng)170.0 m,橋面全寬29.0 m,橋塔高98.5 m,采用倒“Y”形,與水平向呈71.57°。雙向六車道布置,公路-I級(jí)。

        2 體系參數(shù)選取與有限元模型

        2.1 結(jié)構(gòu)體系

        針對(duì)本橋結(jié)構(gòu)體系分別進(jìn)行支承體系、固結(jié)體系及剛構(gòu)體系的設(shè)置,其邊界模擬和輔助墩處主梁邊界如表1所示。

        2.2 有限元模型

        采用MIDAS/Civil建立芙蓉江大橋分析模型,主梁、主塔、承臺(tái)及樁基礎(chǔ)均采用梁?jiǎn)卧M,斜拉索采用桁架單元模擬,模型中未建出輔助墩。視地錨箱為剛體,主梁采用魚骨刺模型,橫隔梁以集中力方式施加在主梁上。斜拉索與主梁之間采用彈性連接中的剛性連接,樁基與地基之間采用固結(jié),其余構(gòu)件之間均采用剛性連接。有限元模型如圖2所示。

        3 計(jì)算結(jié)果分析

        3.1 結(jié)構(gòu)體系對(duì)主梁變形的影響

        分別對(duì)剛構(gòu)體系、固結(jié)體系及支承體系的主梁變形進(jìn)行對(duì)比分析,梁塔變形分別是活載和恒載作用下的值,具體情況如圖3所示。

        由圖3可知,剛構(gòu)體系的主梁撓度f(wàn)1在恒載和活載作用下都是最小的,在恒載工況下的主梁撓度分別較固結(jié)體系及支承體系小5.43%和9.34%,在活載工況下的主梁撓度f(wàn)1分別較固結(jié)體系及支承體系小5.58%和7.49%。這也可以看出,剛構(gòu)體系的主梁剛度最大主要是由于塔墩梁固結(jié)。

        3.2 結(jié)構(gòu)體系對(duì)主梁內(nèi)力的影響

        對(duì)3種體系的斜拉橋塔梁活載和恒載內(nèi)力進(jìn)行分析,得到恒載、活載作用對(duì)3種體系的斜拉橋塔梁內(nèi)力的影響規(guī)律,塔梁的彎矩是分別在恒載、活載作用下的值,如圖4所示。

        由圖4可知,活載作用對(duì)主梁彎矩的影響較小,而恒載作用對(duì)主梁彎矩的影響較大。在活載作用下,3種結(jié)構(gòu)體系的主梁跨內(nèi)最大正彎矩M1基本一致。在恒載作用下,剛構(gòu)體系的主梁跨內(nèi)正彎矩最小,固結(jié)體系次之,支承體系最大,剛構(gòu)體系的跨內(nèi)正彎矩分別較固結(jié)體系及支承體系小71.41%和93.67%。

        在恒載、活載作用下,剛構(gòu)體系的主梁根部負(fù)彎矩值M2的絕對(duì)值分別較固結(jié)體系大75.09%和54.75%。主要是由于剛構(gòu)體系的塔墩梁固結(jié)。支承體系主梁根部都出現(xiàn)較大的正彎矩,且恒載下的彎矩絕對(duì)值很大,分別較剛構(gòu)體系及支承體系大62.88%和90.75%。由分析可知,在恒載作用下,支承體系的主梁受力性能最差。

        4 結(jié)語(yǔ)

        剛構(gòu)體系的主梁撓度偏位最小,活載作用對(duì)結(jié)構(gòu)體系的主梁跨內(nèi)正彎矩影響不大,剛構(gòu)體系的主梁跨內(nèi)恒載正彎矩最小,在恒活載作用下,其主梁根部會(huì)出現(xiàn)較大負(fù)彎矩峰值,支承體系的主梁跨內(nèi)恒載正彎矩非常大,主梁受力性能差。綜合分析可得,獨(dú)斜塔斜拉橋采用塔墩梁固結(jié)體系是較優(yōu)的。

        [參考文獻(xiàn)]

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        [3] 黃大健.獨(dú)塔斜拉橋總體布局及結(jié)構(gòu)體系的選擇[C]//天津:天津市土木工程學(xué)會(huì)第七屆年會(huì)優(yōu)秀論文集,2005.

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