大跨度混凝土斜拉桥静风稳定性分析

大跨度混凝土斜拉桥静风稳定性分析
大跨度混凝土斜拉桥静风稳定性分析

大跨度混凝土斜拉桥施工阶段静风稳定性分析

魏艳超1

李松延

2

1. 上海建科工程咨询有限公司,上海,200032

2. 上海建科工程咨询有限公司,上海,200032

摘 要:大跨度斜拉桥结构整体刚度较小,对风荷载作用十分敏感。当前斜拉桥的施工一般采用悬臂施工法,在全桥合拢时会发生体系转换。斜拉桥主梁未合拢前,整个结构处于悬臂状态,很容易在风荷载的作用下发生失稳破坏。使用大型有限元软件MIDAS/Civil ,对重庆轨道交通六号线蔡家大桥进行施工阶段的静风稳定性分析,结合风洞试验相关数据,计算桥梁的静风临界失稳风速,并总结结构刚度随主梁长度的变化规律,进而评估该桥的抗风性能。

关键词: 混凝土;斜拉桥;施工阶段;静风稳定性

1 引 言

进入新世纪之后,我国的桥梁建设突飞猛进。斜拉桥的发展更是一日千里,其跨径已经跨越了千米大关,应用越来越广泛。

斜拉桥是直接将主梁用多根斜拉锁锚固在桥塔上的一种桥梁结构体系,其结构刚度比其他桥型要小得多,属于柔性结构,在荷载作用下呈现出较为明显的几何非线性特征。在风荷载的作用下极易发生失稳。在斜拉桥的施工过程中,由于采用悬臂施工法造成全桥合拢时会发生体系转换,故对斜拉桥施工过程中的静风稳定性也应给与重视。本文以重庆轨道交通六号线蔡家大桥的施工为例,分析斜拉桥各关键施工阶段结构的静风稳定性。

2 三维非线性分析理论

在我国现行的《公路桥梁抗风设计规范》中规定:斜拉桥的主跨大于400米时必须要进行静风稳定性验算。在对斜拉桥进行静风稳定性分析时,现今最常用的理论是三维非线性分析理论。

为了对桥梁结构进行三维非线性分析,需要先将作用在桥面主梁上的空气静力做一步简化,一般是将其分解。静力三分力是对分解后的空气静力的称呼,具体即横向风荷载H P 、竖向风荷载V P 和扭转矩M ,如图1所示:

α

Pv

M

Ph

图1 静力三分力

具体表达式为如下:

()2H 0.5d H P V C H ρα=

()2

V V 0.5d P V C B

ρα= (1)

()220.5d M M V C B ρα=

式中:()H C α、()V C α、()M C α—节段模型试验测得的静力三分力系数,是相对攻角α的函数;V —桥面主梁高度处的来流平均风速;ρ为空气密度;d V 为风速;H 、B 分别为主梁高度与桥面宽度。

按照杆系结构空间稳定理论,问题可归结为求解如下形式的线性方程:

[][]()()()M()H V k u U f P P ααα=,, (2)

式中:U —结构的位移;[]()k u —结构的非线性刚度矩阵;H ()()M()V P P ααα、、—分别表示结构体轴方向上所受的阻力、升力和升力矩;[]

()()M()H V f P P ααα,,—静风荷载。 由式(2)可知,结构变形是结构的刚度与静风荷载的函数。而这个函数的求解也存在一定的困难,现在一般采用迭代法才能求解方程。要完全解决结构变形的整个过程,就必须引入增量法。于是便可转为下列线性迭代有限元平衡方程组的求解:

[]{}(){

}{}{}{}1111

1()()E g j j j j j j j j j j

K K F F δααδδδ-----??+?=-??

=+? (3)

式中:[]1

E j K -、1g j K -????—第j-1迭代步结束时结构的几何刚度矩阵和线弹性刚度矩阵;11()j j

F α--—第j-1迭代步结束后相对攻角为1j α-时作用在结构上的静风荷载向量;()j j F α—第

j 迭代步相对攻角为j α时作用在结构上的静风荷载向量;{}j δ?—第j 迭代步的位移增量向量。 式(3)的右端项表示增量法中所引入的静风荷载增量。为了获得准确的结构受力和变

形状态,每一个迭代步内都要在得到静风荷载增量后,进行结构的几何非线性有限元分析。

收敛准则在求解非线性问题时是至关重要。迭代的收敛速度和分析精度直接与收敛准则的好坏相关。本文经过研究,把收敛准则确定为国际通用的静力三分力系数的欧几里得范数,如下式:

2

11

2

11()()()Na k j k j j k Na

k j j C C C ααεα-=-=????-??

????≤????????????

∑∑ (,,)K H V M = (4) 式中:k ε为预定的收敛精度;N a 为受到空气静力作用的节点总数。

该方法的具体求解步骤如下:

⑴确定桥梁结构在自重作用下的初始状态。

⑵假定初始风速,并计算在初始风攻角下结构承受的静风荷载。 ⑶计算静风荷载增量并添加到结构上进行几何非线性有限元分析,得到变化后结构的平衡状态。

⑷根据结构变形值,确定各单元变化后的相对攻角,重新计算变化后的静风荷载。 ⑸根据三分力系数的欧几里得范数判定是否收敛。若不收敛,返回⑶再一次迭代;若收敛,输出结果。

依据上述理论分析,使用Fortan 语言编写BSNAA 分析程序计算该斜拉桥的临界静风失稳风速。

3 工程基本资料

六号线二期蔡家嘉陵江特大桥工程是轨道交通六号线连接北碚区和渝北区的重要节点工程,该桥梁全长1250m ,主桥结构布置形式为60+135+250+135+60m 双索面斜混凝土拉桥,塔梁固结,主梁采用单箱单室等梁高混凝土箱梁,梁宽15m ,梁高3.5m 。全桥共56对斜拉索,锚固于箱梁两侧横肋的靠边缘位置,斜拉索在主梁的标准间距为8m 、在主塔上标准间距为2.2m 。主梁横断面布置图见图2,主桥立面布置图见图3。

1.5

1.3

4.7

4.7

1.3

1.5

15

3.5

图2 主梁横断面布置图(m )

图3 桥梁立面布置图

4 计算结果分析

为了便于计算,取整个施工过程的四个关键的施工阶段,即桥梁结构体系发生改变的阶段来进行代表性分析。这四个施工阶段分别为桥塔自立阶段、最大双悬臂施工阶段、最大单悬臂施工阶段、二次铺装后的合拢阶段。各施工阶段的约束条件见表1:

表1 结构模型约束条件

工况 节点位置 x U y U z U x R y R z R

合拢 状态 塔底

1 1 1 1 1 1 辅助墩与主梁交接处 0 1 1 1 0 0 塔与主梁交接处

1 1 1 1 1 1 未合拢 状态

塔底

1 1 1 1 1 1 辅助墩与主梁交接处 1 1 1 1 1 1 塔与主梁交接处

1 1 1 1 1 1

注:(1)1—代表该自由度约束;0—代表该自由度放松;

(2)x U —顺桥向位移;y U —横桥向位移;z U —竖向位移;x R —绕顺桥向转角;y R —绕横桥向

转角;z R —绕竖向转角。

计算中所用到的该桥的三分力系数通过风洞试验获得,同时斜拉索截面的静风阻力系数取做0.7。其数值及变化规律见图5:

-0.8

-0.5-0.20.10.40.711.31.6-12

-10

-8

-6

-4

-2

2

4

6

8

10

12

风攻角

三分力系数

Ch Cv Cm

图5 三分力系数变化规律

本文通过计算风攻角为-3°、0°、3°时桥梁结构的受力情况来分析桥梁结构的静力失稳风速,以10m/s 作为初始风速,风速增加步长10m/s ,结合BSNAA 分析程序可得各施工阶段的静风失稳风速如表2所示:

表2 各施工阶段理论的静风失稳风速

施工阶段 结构在不同风攻角下得失稳风速(m/s ) -3° 0° +3° 主塔自立阶段 >250 >250 >250 最大双悬臂阶段 >250 >250 >250 最大单悬臂阶段 170 150 140 全桥合拢阶段

180

200

190

通过查看计算结果可知:静风失稳风速随着各施工阶段主梁架设的逐步推进缓慢下降,其原因是因为主梁悬臂端的增长使得结构刚度逐渐下降。而在不同的初始风攻角中,失稳风速在初始攻角为+3°时最不利,此时主梁受到向上的风荷载的风力的作用,使得斜拉索在相对较低的风速作用下变得松弛,引起了结构的失稳。而在成桥阶段,由于中跨合拢,结构的扭转刚度相比最大单悬臂施工阶段得到较大的增加,因此其扭转位移和横向位移都大幅减小。相应的,静风失稳风速在初始风攻角为0°和-3°时得到提升。

5 结论

本文通过对该斜拉桥的分析可知:在主塔自立阶段,施工的主梁较少,主梁在静风荷载的作用下产生的位移很小,在不同风攻角的荷载作用下,结构各个方向的位移基本无差别,因此,此时主梁的各个位移在一定的精确范围内是可以忽略不计的。随着施工的不断进行,主梁长度越来越长,在不同风攻角的风荷载作用下,主梁的位移逐渐变得明显,其中竖向位移和扭转位移变化最为显著。故在斜拉桥施工时,随着主梁施工长度的增加,要做好充分的防护措施,如设置阻尼器、增加临时墩等来保证施工的安全。

[参考文献]

[1] 陈政清.桥梁风工程,北京:人民交通出版社,2005

[2] 董玲珑.超大跨度斜拉桥施工全过程抗风稳定性研究[D].浙江工业大学硕士学位论文,2009

[3] 项海帆,葛耀君,陈艾荣等著.现代桥梁抗风理论与实践[M].北京:人民交通出版社,2005

141 公路—I级桥面宽度26.8m单索面预应力混凝土斜拉桥(计算书、CAD图)

- 1 - 第1章 绪论 1.1 概述 斜拉桥是一种桥面体系受压、支承体系受拉的结构,其桥面体系由加劲梁构成,其支承体系由钢索组成。 上世纪70年代后,混凝土斜拉桥的发展可分成三个阶段: 第一阶段:稀索,主梁基本上为弹性支承连续梁; 第二阶段:中密索,主梁既是弹性支承连续梁,又承受较大的轴向力; 第三阶段:密索,主梁主要承受强大的轴向力,又是一个受弯构件。 近年来,结构分析的进步、高强材料的施工方法以及防腐技术的发展对大跨斜拉桥的发展起到了关键性的作用。斜拉桥除了跨径不断增加外,主梁梁高不断减小,索距减少到10m 以下,截面从梁式桥截面发展到板式梁截面。混凝土斜拉桥已是跨径200m ~500m 范围内最具竞争力的桥梁结构。 1.1.1 结构体系 斜拉桥的基本承载构件由梁(桥面)、塔和索三部分组成,且三者以不同的方式影响总体结构的性能。实际设计时三者是密不可分的。塔、梁及索的不同变化和相互组合,可以构成具有各自结构性能且力学特点和美学效果的突出的斜拉桥。正因为如此,斜拉桥基本体系可按力学性能分为漂浮体系、支承体系、塔梁固结体系和刚构体系: 漂浮体系为塔墩固结、塔梁分离,主梁除两端有支承外,其余全部用拉索悬吊,是具有多点弹性支承的连续梁。 支承体系即墩梁固结、塔梁分离,在塔墩上设置竖向支承,为具有多点弹性支撑的三跨连续梁。 塔梁固结体系即塔梁固结并支承在墩上,梁的内力和挠度同主梁与塔柱的弯曲刚度比值有关。其支座至少有一个为纵向固定。 刚构体系为梁塔墩互为固结,形成跨度内具有多点弹性支承的刚构。这种体系的优点是既免除了大型支座又满足悬臂施工的稳定要求,结构整体刚度较好,主梁挠度小;缺点是主梁固结处负弯矩较大,较适合于单塔斜拉桥。在塔墩很高的双塔斜拉桥中,若采用薄壁柔性墩来适应温度和活载等对结构产生的水平变形,形成连续刚构,能保持刚构体系的优点,并使行车平顺。采用这种体系的有美国的Dames Point 桥和我国的广东崖门大桥等。

1使用MIDAS Civil做斜拉桥分析时的一些注意事项

使用MIDAS/Civil做斜拉桥分析时的一些注意事项 斜拉桥的设计过程与一般梁式桥的设计过程有所不同。对于梁式桥梁结构,如果结构尺寸、材料、二期恒载都确定之后,结构的恒载内力也随之基本确定,无法进行较大的调整。对于斜拉桥,由于其荷载是由主梁、桥塔和斜拉索分担的,合理地确定各构件分担的比例是十分重要的。因此斜拉桥的设计首先是确定其合理的成桥状态,即合理的线形和内力状态,其中起主要调整作用的就是斜拉索的张拉力。 确定斜拉索张拉力的方法主要有刚性支承连续梁法、零位移法、倒拆和正装法、无应力状态控制法、内力平衡法和影响矩阵法等,各种方法的原理和适用对象请参考刘士林等编著的公路桥梁设计丛书-《斜拉桥》。 MIDAS/Civil程序针对斜拉桥的张拉力确定、施工阶段分析、非线性分析等提供了多种解决方案,下面就一些功能的目的、适用对象和注意事项做一些说明。 1.未闭合力功能 通常,在进行斜拉桥分析时,第一步是进行成桥状态分析,即建立成桥模型,考虑结构自重、二期恒载、斜拉索的初拉力(单位力),进行静力线性分析后,利用“未知荷载系数”的功能,根据影响矩阵求出满足所设定的约束条件(线形和内力状态)的初拉力系数。此时斜拉索需采用桁架单元来模拟,这是因为斜拉桥在成桥状态时拉索的非线性效应可以看作不是很大,而且影响矩阵法的适用前提是荷载效应的线性叠加(荷载组合)成立。 第二步是利用算得的成桥状态的初拉力(不再是单位力),建立成桥模型并定义倒拆施工阶段,以求出在各施工阶段需要张拉的索力。此时斜拉索采用只受拉索单元来模拟,在施工阶段分析控制对话框中选择“体内力”。 第三步是根据倒拆分析得到的各施工阶段拉索的内力,将其按初拉力输入建立正装施工阶段的模型并进行分析。此时斜拉索仍需采用只受拉索单元来模拟,但在施工阶段分析控制对话框中选择“体外力”。 但是设计人员会发现上述过程中,倒拆分析和正装分析的最终阶段(成桥状态)的结果是不闭合的。这是因为合拢段在倒拆分析和正装分析时的结构体系差异,导致正装分析时得到的最终阶段(成桥阶段)的内力与单独做成桥阶段分析(平衡状态分析)的结果有差异。即,初始平衡状态分析(成桥阶段分析)时,同时考虑了全部结构的自重、索拉力以及二期荷载的影响;而在正装分析时,合拢之前所有阶段的加劲梁会因为自重、索拉力产生变形,合拢时合拢段只受自身的自重影响而不受其它结构的自重和索拉力的影响。 MIDAS/Civil能够在小位移分析中考虑假想位移,以无应力长为基础进行正装分析。这种通过无应力长与索长度的关系计算索初拉力的功能叫未闭合配合力功能。未闭合配合力具体包括两部分,一是因为施工过程中产生的结构位移和结构体系的变化而产生的拉索的附加初拉力,二是为使安装合拢段时达到设计的成桥阶段状态合拢段上也会产生附加的内力。利用此功能可不必进行倒拆分析,只要进行正装分析就能得到最终理想的设计桥型和内力结果。 重新说明一下的话,首先倒拆分析和正装分析的结果是不可避免存在差异的,设计人员需要根据倒拆分析得到的施工阶段张力,利用自己的经验进行进一步地调索或者调整施工步骤或施工工法,从而才能得到既满足施工阶段的结构安全要求,又满足成桥状态的线形和内力条件的斜拉索张力。 其次利用MIDAS/Civil的未闭合力功能,设计人员可以不必繁琐地建立倒拆施工阶段的

斜拉桥结构体系

斜拉桥结构体系 一、结构体系的分类 1、按照塔、梁、墩相互结合方式,可划分为漂浮体系、半漂浮体系、塔梁固结体系和刚构体系。 2、按照主梁的连续方式,有连续体系和T构体系等。 3、按照斜拉桥的锚固方式,有自锚体系、部分地锚体系和地锚体系。 4、按照塔的高度不同,有常规斜拉桥和矮塔斜拉桥体系。 二、结构体系介绍 1、漂浮体系:漂浮体系的特点是塔墩固结、塔梁分离。主梁除两端有支承外,其余全部用拉索悬吊,属于一种在纵向可稍作浮动的多跨柔性支承类型梁。一般在塔柱和主梁之间设置一种用来限制侧向变位的板式活聚四氟乙烯盘式橡胶支座,简称侧向限位支座。 漂浮体系的优点:主跨满载时,塔柱处的主梁截面无负弯矩峰值;由于主梁可以随塔柱的缩短而下降,所以温度、收缩和徐变内力均较小。密索体系中主梁各截面的变形和内力的变化较平缓,受力较均匀;地震时允许全梁纵向摆荡,成为长周期运动,从而吸震消能。目前,大跨斜拉桥多采用此种体系。 漂浮体系的缺点:当采用悬臂施工时,塔柱处主梁需临时固结,以抵抗施工过程中的不平衡弯矩纵向剪力。由于施工不可能做到完全对称,成桥后解除临时固结时,主梁会发生纵向摆动。 2、半漂浮体系:半漂浮体系的特点是塔墩固结,主梁在塔墩上设置竖向支承,成为具有多点弹性支承的三跨连续梁。可以是一个固定支座,三个活动支座;也可以是四个活动支座,一般均设活动支座,以避免由于不对称约束而导致不均衡温度变化。水平位移将由斜拉索制约。 3、塔梁固结体系:塔梁固结体系的特点是将塔梁固结并支承在墩上,斜拉索变为弹性支承。主梁的内力与挠度直接同主梁与索塔的弯曲刚度比值有关。这种体系的主梁一般只在一个塔柱处设置固定支座,而其余均为纵向乐意活动的支座。 塔梁固结体系的优点是显著减少主梁中央段承受的轴向拉力,索塔和主梁的温度内力极小。缺点是中孔满载时,主梁在墩顶处转角位移导致塔柱倾斜,使塔顶产生较大的水平位移,从而显著地增大主梁跨中挠度和边跨负弯矩。 4、刚构体系:刚构体系的特点是塔梁墩相互固结,形成跨度内具有多点弹性支承的刚构。 种体系的优点是既免除了大型支座又能满足悬臂施工的稳定要求;结构的整体刚度比较好,主梁挠度又小。缺点是主梁固结处负弯矩大,使固结处附近截面需要加大;。再则,为消除温度应力,应用于双塔斜拉桥中时要求墩身具有一定的柔性,常用语高墩的场合,以避免出现过大的附加内力。

斜拉桥静风稳定分析

斜拉桥静风稳定分析 摘要:随着斜拉桥跨径的不断增大,空气静力失稳现象已引起了人们的广泛重视。本文笔者通过线性方法和非线性方法对斜拉桥静风稳定性进行阐述分析,以供参考。 关键词:斜拉桥;静风稳定;线性分析;非线性分析 abstract: with increasing span cable-stayed bridges, aerostatic instability phenomenon has aroused wide interest. in this paper, the author by linear method and nonlinear method is analyzed on static wind stability of cable-stayed bridge, for reference. key words: cable-stayed bridge; static wind stability; linear analysis; nonlinear analysis 0 引言 风灾是自然灾害中发生最频繁的一种,近十几年,桥梁建设进入了大跨度时代,随着理论的发展,材料和施工方法的进步,斜拉桥、悬索桥的跨径的跨径越来越长。斜拉桥具有“塔高,跨长,索长、质轻、结构柔和阻尼弱”的特点,从而导致风荷载对桥梁安全、舒适性有着重要影响。风对桥梁主要有静力作用和动力作用,本文主要结合工程实例分析静力风荷载对混凝土主梁的斜拉桥的影响。 静风响应指结构在静力风荷载作用下的内力、变位和静力不稳定现象,主要体现为结构的刚度和静风稳定性。斜拉桥在静风荷载的作用下有可能发生横向屈曲失稳和静力扭转发散失稳。主梁在静风

大跨度混凝土斜拉桥静风稳定性分析

大跨度混凝土斜拉桥施工阶段静风稳定性分析 魏艳超1 李松延 2 1. 上海建科工程咨询有限公司,上海,200032 2. 上海建科工程咨询有限公司,上海,200032 摘 要:大跨度斜拉桥结构整体刚度较小,对风荷载作用十分敏感。当前斜拉桥的施工一般采用悬臂施工法,在全桥合拢时会发生体系转换。斜拉桥主梁未合拢前,整个结构处于悬臂状态,很容易在风荷载的作用下发生失稳破坏。使用大型有限元软件MIDAS/Civil ,对重庆轨道交通六号线蔡家大桥进行施工阶段的静风稳定性分析,结合风洞试验相关数据,计算桥梁的静风临界失稳风速,并总结结构刚度随主梁长度的变化规律,进而评估该桥的抗风性能。 关键词: 混凝土;斜拉桥;施工阶段;静风稳定性 1 引 言 进入新世纪之后,我国的桥梁建设突飞猛进。斜拉桥的发展更是一日千里,其跨径已经跨越了千米大关,应用越来越广泛。 斜拉桥是直接将主梁用多根斜拉锁锚固在桥塔上的一种桥梁结构体系,其结构刚度比其他桥型要小得多,属于柔性结构,在荷载作用下呈现出较为明显的几何非线性特征。在风荷载的作用下极易发生失稳。在斜拉桥的施工过程中,由于采用悬臂施工法造成全桥合拢时会发生体系转换,故对斜拉桥施工过程中的静风稳定性也应给与重视。本文以重庆轨道交通六号线蔡家大桥的施工为例,分析斜拉桥各关键施工阶段结构的静风稳定性。 2 三维非线性分析理论 在我国现行的《公路桥梁抗风设计规范》中规定:斜拉桥的主跨大于400米时必须要进行静风稳定性验算。在对斜拉桥进行静风稳定性分析时,现今最常用的理论是三维非线性分析理论。 为了对桥梁结构进行三维非线性分析,需要先将作用在桥面主梁上的空气静力做一步简化,一般是将其分解。静力三分力是对分解后的空气静力的称呼,具体即横向风荷载H P 、竖向风荷载V P 和扭转矩M ,如图1所示: α Pv M Ph 图1 静力三分力 具体表达式为如下: ()2H 0.5d H P V C H ρα= ()2 V V 0.5d P V C B ρα= (1)

预应力混凝土斜拉桥主梁预制悬拼施工工艺

第二篇 预应力混凝土斜拉桥主梁 预制悬拼施工

第一章总则 1.0.1 在预应力混凝土斜拉桥主梁施工中,采用梁场预制、吊装悬拼的施工工艺,容易保证主梁梁块施工质量。悬拼主梁梁块质量在拼装之前已知,也有利于施工监控。 为规范预应力混凝土斜拉桥主梁预制悬拼施工,特制订本工艺。 1.0.2 编制依据: 1.公路桥涵施工技术规范》(JTJ041—2000); 2.公路工程质量检验评定标准》(JTJ071—98); 3.铁路桥涵施工规范》(TB10203—2002); 4.铁路桥涵工程施工质量验收标准》(TB10415—2003); 5.铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准》(TB10424—2003); 6.已建桥梁相关部分的经验资料。 在使用本工艺时,应遵循现行的施工规范以及其相关的国家标准、部颁标准。若有疑问及时与集团公司工管中心沟通。 1.0.3 适用范围:本工艺适用于斜拉桥中的预应力混凝土主梁预制悬拼的施工。 1.0.4 在确保主梁预制、悬拼质量的前提下,应积极开展技术革新和科学试验活动,在取得集团公司及业主同意的情况下,推广应用先进成熟的新技术、新工艺、新材料、新设备,以缩短工期,提高劳动生产率和经济效益。 1.0.5 相关工艺: 1.《平行钢丝斜拉索施工工艺》 2.《平行钢绞线斜拉索施工工艺》 35

第二章主梁预制 2.1 概述 用于预制悬拼的主梁应提前预制,在预制梁场的存放时间应满足设计要求。 预制梁块在预制场可采用短线法、半长线法、长线法制造。采用长线法制造的梁块在桥上拼装时较易于保证线型,故在条件适宜时可以将整跨、半跨或划分成若干段采用长线法制造。预制悬拼的桥梁湿接缝应按照设计要求设置,以便更好地调整线型。预制梁场应合理布置预制梁台座、存梁台座、起吊设备、称重设备、混凝土工厂、钢筋加工场等。本章的内容主要适用于长线法预制施工,短线法预制施工参考使用。 2.2 工艺流程 见附图1。 2.3 制梁台座 制梁台座的设置数量由预制梁场大小、制梁周期、存梁周期、吊装进度等结合经济因素综合考虑确定。制梁台座应坚实,设计应考虑地基下沉对台座的影响,台座应无不均匀下沉,并应设防、排水设施,防止台座被水浸泡而引起沉降;使用前应按1.5倍节段重量进行预压,压重时间应不少于3天,三天累计下沉量应不大于3mm。台座表面应光滑平整,并与梁底平面相一致;台座表面应考虑预制时台座与底模的压缩对设计图纸要求的拼装成桥后梁体线型的影响。每浇筑完一个节段后,测量其变化,及时进行调整。制梁时应保证底模挠度不大于2mm,中线偏差不大于1mm,用2米长靠尺测量平整度的偏差值应小于1mm。 应严格控制底模线型。底模顶面高程f=f+f+f。f为理论设计高程(考虑桥梁1 13 2 纵坡和竖曲线的影响),f为预拱度值,f为施工调整值(ff由设计部门提供,f 由33 2 12、施工单位提供)。 2.4 制梁模板 预制梁块模板因倒用次数多、外观质量要求高,宜采用钢模板。内模宜优先考虑采用钢模板,在计算荷载作用下,对模板及其支架按受力程序分别验算其强度、刚度和36 稳定性。

斜拉桥的稳定性分析-pc梁

斜拉桥的稳定性分析 周超舟1,蔡登山2,吕小武3,马 森4 (1.中铁大桥局股份公司施工设计事业部,湖北武汉430050; 2.中铁大桥局集团桥科院有限公司,湖北武汉430034; 3.河南省交通厅工程处,河南郑州450052; 4.辽宁省交通勘测设计院,辽宁沈阳110000) 摘 要:利用有限元方法,将斜拉桥的主梁和桥塔离散成三维板壳单元,用悬链线索单元来考虑斜拉索的非线性影响,对大跨度斜拉桥的稳定性进行了分析,所建立的有限元分析方法,在大跨度斜拉桥的稳定性分析中具有一定的实用价值。 关键词:斜拉桥;有限元法;稳定性分析中图分类号:U 448.27;T U 311.2 文献标识码:A 文章编号:1671-7767(2006)04-0044-03 收稿日期:2006-04-19 作者简介:周超舟(1971-),男,高级工程师,1994毕业于西南交通大学,工学学士。 1 前 言 斜拉桥的斜拉索承受轴向拉力,其水平分力对主梁产生巨大的轴向压力,而竖直分力则对桥塔产生轴向压力,且随着跨度的加大,主梁和桥塔的轴向压力也增大。所以,大跨度斜拉桥的稳定性分析是一个十分重要的问题。国内外虽然有许多学者对斜拉桥的稳定性进行过分析[1,2] ,但大都是针对钢斜拉桥的,且多用等效弹性模量来考虑斜拉索的非线性影响,这使得计算结果的误差较大,不便于推广应用。 在PC 斜拉桥中,结构自重在总荷载中所占的比例很大,为了减轻自重,可采取两种方法:①使用轻质混凝土;②减小主梁的横截面。结合目前的材料水平、经济状况和施工条件等因素,以第②种方法用得较多。但这样就更加突出了PC 斜拉桥的稳定性问题。 大跨度PC 斜拉桥一般都采用悬臂施工的方法来建造[3],凭直观分析可知,斜拉桥在施工时的最大悬臂状态,即中跨未合龙之前,是一个较危险的状态,此时结构的整体刚度还不能实现,而在较大的施工荷载的作用下,主梁极易发生失稳破坏。近年来,国内几座斜拉桥在施工时出现的事故也证实了这一结论。1986年10月,四川达县洲河斜拉桥在施工时坍塌,有专家指出是由于主梁失稳造成的;1998年9月,浙江宁波招宝山大桥在施工时,发生主梁断裂事故,其中一个主要原因就是:薄壁箱式主梁的底板过薄,在施工荷载的作用下,主梁被压溃。所以,为了保证施工安全,必须对大跨度PC 斜拉桥进行施工状态的稳定性分析。 2 PC 斜拉桥稳定性分析的有限元法 用有限元法对PC 斜拉桥进行分析时,为了更好地反映出主梁的剪力滞、扭转等效应,将主梁离散为三维板壳单元;桥塔一般为矩形箱式柱,也可离散为三维板壳单元;斜拉索则用悬链线索单元来分析。2.1 板壳单元 如图1所示为8节点三维板壳单元(即三维Serendipity 单元),其位移形函数为[4]: 图1 三维板壳单元 N i = 1 8 (1+F 0)(1+G 0)(1+N 0)(1)式中,F 0=F i F ,G 0=G i G ,N 0=N i N ,i =1,2,,,8。 根据板壳理论的基本假设:变形前中面的法线,在变形后仍保持为直线。因此,板壳单元内任一点的位移可由中面对应点沿总体坐标x 、y 、z 方向的3个位移分量u m 、v m 、w m ,以及节点i 处上、下表面的向量V 3i 绕与它相垂直的两个正交向量的转角B 1i 和B 2i 表示: u v w =E 8i=1N i u m v m w m +E 8 i=1N i F t i 2[v -1i -v -2i ] B 1i B 2i (2) 44 世界桥梁 2006年第4期

曲线桥抗倾覆稳定性及墩柱承载能力分析

曲线桥抗倾覆稳定性及墩柱承载能力分析 发表时间:2018-10-16T17:02:24.120Z 来源:《防护工程》2018年第11期作者:耿飞[导读] 并在钢盖梁的两侧各增加1个支座加固方案下的支座脱空情况、抗倾覆稳定性、墩柱承载能力进行了验算分析。验算结果表明其抗倾覆稳定性能满足要求,但墩柱承载能力不能满足要求,需进行加固处理。耿飞 河南省交通科学技术研究院有限公司河南郑州 450006 摘要:以某曲线独柱墩连续梁桥为例,采用公路-Ⅰ级中的标准车辆密布荷载作用的方式,根据独柱墩桥横向失稳的判别准则和计算方法,对独柱墩上增设钢盖梁,并在钢盖梁的两侧各增加1个支座加固方案下的支座脱空情况、抗倾覆稳定性、墩柱承载能力进行了验算分析。验算结果表明其抗倾覆稳定性能满足要求,但墩柱承载能力不能满足要求,需进行加固处理。关键词:曲线桥、支座脱空、抗倾覆、承载能力 1、引言 曲线独柱墩连续箱梁桥以其造型美观、结构轻巧、适应强性等独特优势在高速公路互通立交匝道桥中广泛应用,近年来,由于交通量的增大、车辆超载、桥梁劣化等不利因素,因超重车辆偏载导致的独柱墩桥梁倾覆倒塌事故时有发生,造成人员伤亡和重大财产损失。对在役曲线独柱墩连续箱梁桥进行横向倾覆稳定性验算及改造加固的任务迫在眉睫。本文以某曲线独柱墩连续箱梁为例,对其在独柱墩上增设钢盖梁,并在钢盖梁的两侧各增加1个支座的加固方案,通过建立空间有限元模型计算分析了支座脱空、主梁倾覆稳定性、墩柱正截面承载能力情况,为该桥梁加固方案实施的可行性及注意事项提供了参考依据。 2、计算分析内容 2.1 支座计算 支座脱空可认为是横向倾覆过程的开始,剩余未脱空支座位于一条直线时则可以认为是横向失稳的临界状态,在支座脱空计算中考虑《公路工程技术标准》(JTG B01-2014)公路-Ⅰ级中的标准车辆密布荷载(含冲击力)标准值和成桥内力(自重、二期恒载、预应力、收缩徐变)标准值作用下支座反力是否为负(拉力)。在作用标准值组合(汽车荷载考虑冲击作用)下,单向受压支座不应处于脱空状态。 2.2 主梁抗倾覆验算 根据查阅的相关资料和《公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范》(征求意见稿),独柱墩桥梁抗倾覆验算的汽车荷载按照现行规范公路-Ⅰ级中的标准车辆荷载并采用密布形式验算,安全系数不小于3。抗倾覆轴选取原则为抗倾覆轴外侧无支座。对于曲线桥倾覆轴线确定方法为,当跨中桥墩全部支座位于桥台外侧支座连线内侧时,倾覆轴线为桥台外侧支座连线,当跨中桥墩全部支座位于桥台外侧支座连线外侧时,倾覆轴线取为跨中支座连线或一桥台外侧支座和跨中桥墩连线。根据定义,可得出如下抗倾覆表达式:

独塔单索面斜拉桥主塔稳定性分析

独塔单索面斜拉桥主塔稳定简化分析 郭卓明 李国平 袁万城 上海城建设设计院 同 济 大 学 摘要:由于悬吊桥梁采用索塔支撑,其主塔往往须承受强大的轴向压力,因此其稳定是一个比较突出的问题。尤其独塔单索面斜拉桥在空间受力和稳定性方面都相对比较薄弱,对其进行稳定性分析更显必要。本文在对其主塔受力的适当简化之后,分别对其弹性及弹塑性稳定进行了简化分析,在传统的弹塑性稳定内力分析的基础上提出了一种独塔单索面斜拉桥主塔弹塑性稳定分析的简化方法。并以两座独塔单索面斜拉桥为背景做了算例,分析结果表明本文采用的简化分析方法是可行的。 关键词:独塔单索面 斜拉桥 主塔稳定 简化分析 一、引言 国民经济的飞速发展和国家对基础设施投入的进一步加强为我国大跨桥梁的发展提供了一个良好的条件,近十几年来,斜拉桥在我国迅速发展。由于单索面斜拉桥在美学上的优势,目前采用这种形式的斜拉桥也越来越多。由于悬吊桥梁的主塔均需承受巨大的轴向压力,而且随着桥梁跨度的增大,主塔也越来越高,结构越来越柔,其稳定问题成为一个非常突出的问题。尤其是其侧向稳定在设计时更需特别注意。 结构的稳定是一个较为经典的问题。从1744年欧拉的弹性压杆屈曲理论,到1889年恩格赛的弹塑性稳定理论,到Prandtl, L.和Michell, J. H. 的侧倾稳定理论,再到李国豪教授、项海帆教授等对桁梁桥、拱桥稳定的研究[1]以及近来国内外许多学者对各种具体结构稳定的研究,稳定问题在理论上已经比较成熟。在斜拉桥的稳定方面,1976年Man-chang Tang 提出了弹性地基梁的屈曲临界荷载估算法,葛耀君[5]用能量法分析了斜拉桥的面内稳定,此外樊勇坚、李国豪以及钱莲萍等都提出过各种实用计算方法,但都是仅限于弹性稳定的简化分析,且基本集中于主梁的稳定。对于弹塑性稳定,最近谭也平、景庆新[2]等都用有限元的方法进行了分析。稳定问题在计算方法上经历了经典的平衡微分方程方法、能量法等简化方法和有限元的数值计算方法这三个阶段,目前众多的研究尤其是对弹塑性稳定的研究大都集中在有限元分析上。然而在精确的有限元分析的同时,采用直观明了、概念清晰的力学简化分析,无论在对有限元分析结果的检验还是在初步设计时进行简单的估算都十分必要。本文在对独塔单索面斜拉桥主塔的受力特性进行适当简化之后,对独塔单索面斜拉桥主塔的弹性及弹塑性稳定问题分别进行了简化分析。 二、弹性稳定简化分析 考虑最一般的情况,主塔失稳方向和拉索平面成夹角β,如图(1)所示。失稳线形假定为()()v z V f z H ?=,分解到斜拉索平面内和平面外分别为: 平面内:()()()x z v z V f z H =?=?cos cos ββ 平面外:()()()y z v z V f z H =?=?sin sin ββ 主塔产生变形以后,外力功主要有拉索做功、主塔本身轴压做功和风荷载做功,其中拉索做功需考虑其在平面内的弹性支撑和平面外的非保向力作用,则由能量法可方便的导出主塔势能的总表达式:

曲线桥稳定性设计分析与研究

2019年 第3期(总第301期) 黑龙江交通科技 HEILONGJIANGJIAOTONGKEJI No.3,2019 (SumNo.301) 曲线桥稳定性设计分析与研究 李仲阳,桂 睿 (中国公路工程咨询集团有限公司,北京 100078) 摘 要:在新版《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG3362-2018)颁布之际,结合实际工程实例,分析曲线上的现浇箱梁在设置墩间单支座时支座脱空情况,并进一步探讨曲线现浇箱梁支座预偏心对桥梁支座脱空问题的影响,为曲线桥梁稳定性设计提供参考。 关键词:高速公路;现浇箱梁;曲线半径;支座预偏心 中图分类号:U442 文献标识码:A 文章编号:1008-3383(2019)03-0090-02 Analysisandresearchonstabilitydesignofcurvedbridge LIZhong-Yang,GUIRui (ChinaHighwayEngineeringCo.,Ltd.,Beijing100078,China) Abstract:《SpecificationsforDesignofHighwayReinforcedConcreteandPrestressedConcreteBridgesandCulverts》(JTG3362-2018)hasbeenpromulgated.Combinedwithpracticalengineeringexample,analysisthebearingemptyofcast-in-situboxgirderonthecurvewhenasinglebearinginthepiersareinstalled,andfurtherexploretheinfluenceofbearingeccentricityofcast-in-situboxgirderonthecurve.Providereferencefordesignofcurvebridgestability. Keywords:expressway;cast-in-situboxgirder;radiusofcurve;pre-eccentricityofbearing 收稿日期:2018-12-05 1 概 述 高速公路互通匝道的曲线半径经常会出现远 远小于主线平曲线半径的情况,匝道上设置的桥梁在曲线半径较小的时,往往采用普通现浇钢筋混凝土上部结构作为实施方案。普通现浇钢筋混凝土箱梁不需要张拉预应力,施工快速,结构安全性好。在新的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG3362-2018)》颁布之后,对曲线桥的结构安全问题提出了新的要求。结合工程实例,分析小半径曲线桥支座预偏心对结构支反力的影响。2 工程实例 2.1 工程背景 湟源至西海高速公路工程为西宁至青海湖的重要通道,项目位于西宁市以西。根据国家公路网 规划( 2013年~2030年),该项目属于国家高速公路的展望线,也是青海省高速公路网(调整)规划(2009年~2030年)中的重要规划道路,路线编号S2011。根据规划,本项目路线起于湟源县,止于西海镇,是连接武威—茫崖高速公路和京藏高速公路 的连络线,规划里程5 0km。湟源南互通枢纽位于高速公路的起点,与扎麻隆至倒淌河高速公路相接,湟源南互通枢纽C匝道桥上部结构采用现浇钢筋混凝土箱梁。桥跨范围内,曲线半径由60m经缓和曲线过渡到40m,全桥长222m。全桥共分4联,联长均为54m,第一联、第二联曲线半径为60m,第三联、第四联经缓和曲线与主线相接。桥 梁全宽为9 .25m,主梁梁高1.4m,采用10cm沥青混凝土桥面铺装和8cmC40现浇混凝土调平层。标准横断面为单箱单室,顶板厚28cm,底板厚25cm,腹板厚45cm。受地形条件加下部车道影响,本桥分联墩台处支座采用双支座,支座间距4m,联间桥墩采用单支座。车道设计标准为双向两车道,设计荷载等级为公路-I级。2.2 计算模型 以第一联为例进行计算分析。采用有限元程序M idas建立桥梁有限元模型,曲线现浇箱梁模型沿路线前进方向1m左右一个单元,支座方向均沿路线曲线的切线方向。3 结构计算分析 · 09·

混凝土斜拉桥

第四篇混凝土斜拉桥 第一章概述 第一节斜拉桥的发展 一、国外的发展 20世纪30年代,德国工程师迪辛格(Dischinger)首先认识到斜拉桥结构上的优越性,建成第一座现代斜拉桥――主跨182m的新斯特雷姆伍特桥(Stromsumd)于1955年在瑞典建成。 1962年建成的马拉开波桥是第一座混凝土斜拉桥,主跨为160+5×235+160,采用稀索布置,索塔两侧仅一对预应力拉混凝土拉索。 此后斜拉桥得到迅速发展,全球建成300多座。 1994年建成法国诺曼底桥,主跨为856m,是目前世界上最大跨径的混合型斜拉桥。1998年底日本建成的主跨为890m的多多罗大桥,是20世纪最大跨径的钢斜拉桥。 二、斜拉桥在我国发展(19座,L>400m) 我国在1993年建成了上海杨浦大桥,主跨为603m,是20世纪世界上最大跨径的结合梁斜拉桥。 三、斜拉桥的发展阶段 第一阶段:稀索布置,主梁基本上是弹性支承连续梁 第二阶段:中密索,既是弹性支承连续梁,又承受较大的轴向力 第三阶段:密索布置承受强大的轴向力,同时又是一个受弯构件 20年的发展中,混凝土斜拉桥的发展异常迅速,除了跨径不断增加外,主梁高不断减小,主梁的高跨比从1/40左右发展到1/254,索距从60m-70m减少到10m以下,截面型式从梁式桥截面型式发展到扁平的板式梁截面,最大跨径已达530m。 根据国内外桥梁专家的研究分析,混凝土斜拉桥的最大跨径可达700m,钢斜拉桥跨径可达1300m,结合梁斜拉桥(主梁为钢-混凝土结合梁)最大跨径可达1000m。经济跨径在200m-500m之间。 第二节总体布置及结构体系 一、总体布置

斜拉桥

哈尔滨工业大学毕业设计(论文) 第1章绪论 1.1概述 斜拉桥是一种桥面体系受压、支承体系受拉的结构,其桥面体系由加劲梁构成,其支承体系由钢索组成。 上世纪70年代后,混凝土斜拉桥的发展可分成三个阶段: 第一阶段:稀索,主梁基本上为弹性支承连续梁; 第二阶段:中密索,主梁既是弹性支承连续梁,又承受较大的轴向力; 第三阶段:密索,主梁主要承受强大的轴向力,又是一个受弯构件。 近年来,结构分析的进步、高强材料的施工方法以及防腐技术的发展对大跨斜拉桥的发展起到了关键性的作用。斜拉桥除了跨径不断增加外,主梁梁高不断减小,索距减少到10m以下,截面从梁式桥截面发展到板式梁截面。混凝土斜拉桥已是跨径200m~500m范围内最具竞争力的桥梁结构。 1.1.1 结构体系 斜拉桥的基本承载构件由梁(桥面)、塔和索三部分组成,且三者以不同的方式影响总体结构的性能。实际设计时三者是密不可分的。塔、梁及索的不同变化和相互组合,可以构成具有各自结构性能且力学特点和美学效果的突出的斜拉桥。正因为如此,斜拉桥基本体系可按力学性能分为漂浮体系、支承体系、塔梁固结体系和刚构体系: 漂浮体系为塔墩固结、塔梁分离,主梁除两端有支承外,其余全部用拉索悬吊,是具有多点弹性支承的连续梁。 支承体系即墩梁固结、塔梁分离,在塔墩上设置竖向支承,为具有多点弹性支撑的三跨连续梁。 塔梁固结体系即塔梁固结并支承在墩上,梁的内力和挠度同主梁与塔柱的弯曲刚度比值有关。其支座至少有一个为纵向固定。 刚构体系为梁塔墩互为固结,形成跨度内具有多点弹性支承的刚构。这种体系的优点是既免除了大型支座又满足悬臂施工的稳定要求,结构整体刚度较好,主梁挠度小;缺点是主梁固结处负弯矩较大,较适合于单塔斜拉桥。在塔墩很高的双塔斜拉桥中,若采用薄壁柔性墩来适应温度和活载等对结构产生的水平变形,形成连续刚构,能保持刚构体系的优点,并使行车平顺。采用这种体系的有美国的Dames Point桥和我国的广东崖门大桥等。 - 1 -

世界十大斜拉桥

世界十大斜拉桥 1.苏通长江大桥1088米,中国,2008 双塔双索面钢箱梁 苏通大桥位于江苏省东部的南通市和苏州(常熟)市之间,是交通部规划的黑龙江嘉荫至福建南平国家重点干线公路跨越长江的重要通道,也是江苏省公路主骨架网“纵一”——赣榆至吴江高速公路的重要组成部分,是我国建桥史上工程规模最大、综合建设条件最复杂的特大型桥梁工程。建设苏通大桥对完善国家和江苏省干线公路网、促进区域均衡发展以及沿江整体开发,改善长江安全航运条件、缓解过江交通压力、保证航运安全等具有十分重要的意义。 大桥建设工程情况:苏通大桥工程起于通启高速公路的小海互通立交,终于苏嘉杭高速公路董浜互通立交。路线全长32.4公里,主要由北岸接线工程、跨江大桥工程和南岸接线工程三部分组成。 l、跨江大桥工程:总长8206米,其中主桥采用100+100+300+1088+300+100+100=2088米的双塔双索面钢箱梁斜拉桥。斜拉桥主孔跨度1088米,列世界第一;主塔高度306米,列世界第一;斜拉索的长度580米,列世界第一;群桩基础平面尺寸113.75米X 48.1米,列世界第一。专用航道桥采用140+268+140=548米的T型刚构梁桥,为同类桥梁工程世界第二;南北引桥采用30、50、75米预应力混凝土连续梁桥; 2、北岸接线工程:路线总长15.1公里,设互通立交两处,主线收费站、服务区各一处;

3、南岸接线工程:路线总长9.1公里,设互通立交一处。 苏通大桥全线采用双向六车道高速公路标准,计算行车速度南、北两岸接线为120公里/小时,跨江大桥为100公里/小时,全线桥涵设计荷载采用汽车一超20级,挂车一120。主桥通航净空高62米,宽891米,可满足5万吨级集装箱货轮和4.8万吨船队通航需要。全线共需钢材约25万吨,混凝土140万方,填方320万方,占用土地一万多亩,拆迁建筑物26万平米。工程总投资约64.5亿元,计划建设工期为六年。 四项世界之最: 最大主跨: 苏通大桥跨径为1088米,是当今世界跨径最大斜拉桥。 最深基础: 苏通大桥主墩基础由131根长约120米、直径2.5米至2.8米的群桩组成,承台长114米、宽48米,面积有一个足球场大,是在40米水深以下厚达300米的软土地基上建起来的,是世界上规模最大、入土最深的群桩基础。 最高桥塔: 目前世界上已建成最高桥塔为多多罗大桥224米的钢塔,苏通大桥采用高300.4米的混凝土塔,为世界最高桥塔。 最长拉索: 苏通大桥最长拉索长达577米,比日本多多罗大桥斜拉索长100米,为世界上最长的斜拉索。 2.香港昂船洲大桥1018米,中国,2008 双塔双索面 主梁边跨及中跨两边为24m混凝土箱梁,中部为钢箱梁。

独柱支撑曲线连续梁桥稳定性分析

独柱支撑曲线连续梁桥稳定性分析 独柱支撑曲线连续梁桥稳定性分析 [摘要] 文章通过对崇左市某互通立交工程独柱墩曲线连续梁桥进行有限元建模及计算,分析曲线半径、桥长、边界墩支座间距、独柱墩支座预偏心等因素对独柱墩曲线连续梁桥稳定性的影响;指出只调整梁的扭矩而忽略梁的扭转变形是不全面的。通过调整墩顶处支座的位置保证梁在结构自重以及预应力荷载作用下的扭转变形达到最小,同时梁端的支座处不产生脱空现象,这样才会使整个梁体结构处于平衡;并分析构造要求及施工方法对独柱墩曲线梁桥稳定性的影响。对同类工程设计及施工有一定指导作用。 [关键词] 曲线连续梁桥;独柱支承;偏心距 [作者简介] 张艳东,中铁四院集团南宁勘察设计院有限公司桥隧所助理工程师,研究生,广西南宁,530003;李凤芹,中铁四院集团南宁勘察设计院有限公司,广西南宁,530003 [中图分类号] U448 [文献标识码] A [文章编号] 1007-7723(2012)10-0071-0003 曲线梁桥目前已广泛应用于现代桥梁工程,在城市立交工程的匝道设计中更为普遍。匝道桥的宽度较窄,一般多为两车道,宽度在9~11m;为了实现道路的转向功能,匝道桥多为小半径的曲线梁桥,平曲线最小半径可在30m;匝道桥多设有较大纵坡;匝道桥长度较大,以跨越下面的非机动车道或主干道。由于曲线梁桥相对于普通直线梁桥的特殊性,产生了一系列新的问题,如独柱支座预偏心距的设置,梁体的预应力损失、梁体腹板开裂、整体扭转、变形等[1],没有很好地解决。规范中对曲线梁桥的设计规定也较少。相关研究的不足,导致独柱墩曲线梁桥较普通直线梁桥发生的病害、事故更多。查阅已建成的独柱墩曲线桥梁的检查资料可知,大部分梁体都存在着不同程度的病害,如梁端支座脱空、产生位移、梁体开裂等现象,甚至导致严重的交通事故,造成巨大的生命财产损失。 一、有限元模型

斜拉桥的发展现状及常见问题浅析

斜拉桥的发展现状及常见问题浅析徐灯飞夏德俊(西南交通大学土木工程学院四川成都611756) 庄晴(内江师范学院四川内江641112) 摘要:本文主要论述了斜拉桥在近些年发展建设中取得的成就,分析了斜拉桥在结构、布置、选材和审美方面,以及简单介绍了斜拉桥在结构设计和施工建设方面遇到的难题及采取的必要措施。斜拉桥因为结构和审美上优势,以及大量的建设尝试和研究,斜拉桥以后势必还会有更大的发展。 关键词:斜拉桥;布置形式;桥梁结构体系;斜拉桥审美 一.我国斜拉桥建设取得的成就 自1979年建成的第一座斜拉桥——主跨只有76米云阳桥以来,经过30多年的飞速发展,现今我国斜拉桥无论是在规模和跨度方面,还是在结构设计和施工技术都取得了巨大的成就。目前我国已经是世界上斜拉桥数量最多、跨度最大的国家。2008年建成的苏通大桥全长1088米,成为世界上最长的斜拉桥,这也是我国历史上工程规模最大、建设条件极为复杂的特大型桥梁工程。目前我国已经建成的世界级的大跨度斜拉桥还有:2005年建成的南京长江三桥,是国内第一座钢塔斜拉桥,也是世界上第一座弧线形钢塔斜拉桥;2009年香港建成的双塔斜拉桥昂船洲大桥,主跨长1018米,为世界第二长;2010年建成的鄂东长江大桥,主桥主跨为926米,位居混合梁斜拉桥世界第二位等等...... 我国斜拉桥的设计与施工技术也已经跨入世界的先进行列,并取得了显著的成绩:(1)斜拉索制造工艺实现了专业化和工厂化及防护技术不断完善;(2)斜拉桥的施工技术逐步完善;(3)用计算机进行结构计算和施工过程控制等。目前我国的斜拉桥正在向新型结构、大跨度、轻质和美观等方向发展,以更好的适应交通、经济、环境和安全的要求。 二.斜拉桥整体结构特点 斜拉桥又称为斜张桥,是用许多拉索将主梁直接拉在桥塔上的一种组合受力体系的桥梁,其主体结构由斜拉索、索塔、主梁组成。在斜拉桥结构体系中,索塔主要是承压,斜拉索受拉,梁体主要承受弯矩,外荷载主要由主梁和斜拉索承受,并由斜拉索将受力传递给索塔。主梁由一根根拉索拉起,等于在梁内设置了许多支撑点,可以将其看作由拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁,这种结构能够非常有效的减小梁体内弯矩,从而降低主梁的高度,减轻结构重量,节省建筑材料,有利于斜拉桥向大跨度方向发展。斜拉桥相对悬索桥有较大的刚度,在抵抗风载、地震、竖向活载的作用方面有优势。三.斜拉桥的布置: 1.斜拉桥整体布置: 常见的布置形式有:独塔双跨式、双塔三跨式和多塔多跨式。(1)相对于双塔三跨式,独塔双跨式斜拉桥主跨径较小,而且常采用双跨不等的非对称形式,使结构整体受轴向力为主,以充分发挥材料的优势,这种布置形式在跨越中小河流和城市通道中较常用;(2)斜拉桥布置成双塔三跨式时,具有较大的主跨径,并便于通航、简化计算、方便施工,因此在大跨度桥中最为常见,适用于跨越海峡和宽度较大的河流、峡谷等。双塔三跨桥一般布置成对称结构,而且要调整好边跨和主跨的比例,这对于审美和控制整体刚度及拉索应力有很大非常有利;(3)多塔多跨式斜拉桥现在已经很少采用,因为这种形式的桥中间塔顶处没有端锚索来有效的限制其变位,采用多塔多跨式会使结构的柔性增大,对抗风不利。 2.索塔

斜拉桥预应力混凝土主梁悬浇施工工艺

施工准备 合龙段施工 牵索挂篮走行 预应力张拉,斜拉索转换到主梁,完成体系转换 浇筑剩余混凝土 浇筑一部分混凝土,斜拉索进行第n 次张拉 模板、钢筋、预埋件、预应力及索道管安装 安装斜拉索、与挂篮前端连接,进行第 1 次张拉 挂篮精确定位及前端底模标高设定 牵索挂篮安装及及静载试验 检查验收 斜拉桥预应力混凝土主梁悬浇施工工艺 10.1.1工艺概述 本工艺适用预应力混凝土斜拉桥主梁的悬浇节段施工,悬浇施工常用牵索挂篮。牵索挂篮按其受力特点可分为长平台牵索挂篮和短平台牵索挂篮。长平台牵索挂篮通常为后部悬挂于已施工混凝土主梁上,前端与既有斜拉索连接,并将力传递至主塔。短平台牵索挂篮为长平台牵索挂篮与普通挂篮相结合。 10.1.2作业内容 本工艺作业内容如下:施工准备、牵索挂篮安装及静载试验、挂篮提升并定位及标高调整、模板、钢筋、预应力管道和索道管的安装、斜拉索的张拉、混凝土浇注及养护、预应力张拉及孔道压浆等、体系转换及永久索张拉、挂篮走行等。 10.1.3质量标准及检验方法 《铁路桥涵工程施工质量验收标准》(TB10415-2003) 《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》(TB10752-2010) 《铁路混凝土工程施工质量验收标准》(TB10424-2010) 10.1.4工艺流程图 图10.2.4-1 斜拉桥主桥悬浇施工工艺流程图

10.1.5工艺步骤及质量控制说明 一、施工准备 1.牵索挂篮安装前施工塔下现浇段,其长度应按照设计要求并满足悬浇挂篮拼装长度的需要,在支架上就地现浇混凝土,张拉预应力后,挂拉斜拉索。 2.牵索挂篮的设计与工厂制造。 3.施工期间为了保证主梁在悬臂浇注施工状态下的稳定性,在塔梁间应设置竖向、纵向、横 向临时约束。 二、牵索挂篮安装及静载试验 1.挂篮安装前,各重要构件应按设计图纸要求进行探伤检查和试拼组装。挂篮构件在拆装和 运输过程中如有变形,必须进行矫正合格后才使用。 2.按既定方案进行安装,可整体提升,也可按构件顺序安装。首先安装承重系统,然后安装 吊挂及升降系统,把挂篮提升到位。 3.挂篮定位锁定。挂篮提升到位生,使用中后横梁的吊挂系统微调立模标高。用横向水平千斤顶调整挂篮纵向位置。当挂篮平台调整至设计要求后,将抗剪柱与梁体间抄实,中后横梁吊挂收紧顶死。使挂篮与梁体牢固连成一体。 4.安装第一个悬浇节段索导管,挂设斜拉索,通过接长杆将斜拉索固定在牵索纵梁前端的承压支座上,并张拉至设计牵索索力。 5.在挂篮拼装完成后,在中后吊挂处设置传感哭,对挂篮进行称重。 6.称重完成后,通过液压千斤顶与螺旋支顶交替作业,顶升挂篮进行挂篮提升试验。挂篮提 升到位到,将挂篮定位锁定。 7.挂篮静载试验模拟第一个悬浇节段,进行荷载分级试验。 三、主梁节段施工 1.完成模板安装、绑扎钢筋、索道管安装、预应力体系安装、预埋件安装等。 2.浇筑一部分混凝土,从前往后浇筑。然后再次张拉斜拉索,并完成剩余混凝土的浇筑。 3.待混凝土达到设计强度以后,张拉预应力,并进行孔道压浆及封端。 四、牵索挂篮走行 1.按照退索索力继续张拉斜拉索,然后拧紧主梁锚块处缆索锚头大螺母。再拆除斜拉索与接长杆的连接,把斜拉索转换的主梁上,并张拉至设计索力,完成体系转换。 2.牵索挂篮脱模,依靠中吊挂及反顶装置,使挂篮整体下降。 3.利用顶推千斤顶顶推挂篮整体前行,需同时同步进行。 4.顶推到位以后,进行挂篮位置调整,然后锁定挂篮,进行下一个主梁节段的施工。 五、牵索挂篮主要特点 ⑴施工过程中各工况的受力具有空间特点,在长平台牵索挂篮提升、下降和走行过程中,在顺桥向可以假定为简支受力,其受力较为明确。当牵索张拉之后,长平台牵索挂篮均为多点受力,属于超静定结构,无法通过静力平衡条件求得各构件的内力。因此,在计算时需先明确斜拉索的中间索力,再进行结构计算。 ⑵对于单索面牵索挂篮来说,由于索间距较小,其平面稳定性较差,要求后吊挂系统及底平台系统刚度适当加大,以增强其稳定性。 ⑶由于牵索挂篮前端为斜拉索受力,受其长度、角度及受力的影响,挂篮前端变位相对较大,在施工工程中要不断调整斜拉索的索力,以调整标高,施工繁琐。 六、牵索挂篮几个问题的说明 ⑴牵索系统与底平台连接问题 牵索挂篮前端点通过牵索系统传递到斜拉索,再传递到主塔,但除斜拉索平行布置外,其余布置锚固点与斜拉索的角度是个变化值,在牵索锚点的设计中,一般在牵索纵梁锚点位置设置弧形首,以适应斜拉索不同角度的锚固,也有部分牵索挂篮通过活动铰的方式实现,但结构比较复杂。

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