关键词:
矮塔斜拉桥
结构体系
应力分析
结构参数
敏感性分析
摘要:
由于矮塔斜拉桥具有造型美观、受力性能好等优点,近年来国内外的矮塔斜拉桥工程案例不断增加,但高墩大跨矮塔斜拉桥的工程案例较少。鲜花湖特大桥为高墩大跨预应力混凝土矮塔斜拉桥,特点是人字形主塔、双肢X形薄壁墩和大悬臂箱梁。本文以鲜花湖特大桥为背景工程,对高墩大跨预应力混凝土矮塔斜拉桥各施工阶段及合理成桥状态进行受力与变形分析,并针对该类斜拉桥的结构体系优化进行深入研究,为高墩大跨矮塔斜拉桥合理结构体系和关键参数取值提供理论和技术支撑。本文主要工作内容和研究结论如下:
(1)根据设计图纸,采用有限元软件Midas Civil建立鲜花湖特大桥全桥有限元模型,对挂篮悬臂施工进行施工阶段模拟。基于有限元模型对最大悬臂状态和成桥状态进行受力分析,结果表明:高墩大跨预应力混凝土矮塔斜拉桥在最大悬臂状态和成桥状态静力性能良好,各项指标符合规范要求。
(2)以鲜花湖特大桥为原方案,采用Midas Civil建立有限元模型,建立不同结构体系方案、边中跨比、塔跨比、桥墩高度与桥墩高度差的桥梁模型,计算分析不同结构体系对高墩大跨矮塔斜拉桥结构静力性能的影响。结果表明:不同的结构体系方案中,刚构体系整体刚度最大,塔梁固结体系主梁受力情况最好,组合体系桥墩弯矩最优;边中跨比对桥梁整体受力性能影响较大,适宜采用较小边中跨比;较高的塔高对桥梁受力性能影响较小,适宜采用较大的塔跨比;桥墩高度增加时,对主梁挠度和塔顶水平位移影响较大,对桥墩弯矩影响显著;桥墩高度差增加时,高墩侧结构响应加剧,结构刚度分布失衡。
(3)基于圣维南原理,采用有限元软件Midas FEA,建立塔墩梁固结区域局部实体有限元模型,分析了最大悬臂阶段与成桥阶段下的应力分布情况。结果表明:鲜花湖特大桥塔墩梁固结区的应力分布总体合理,但局部区域仍存在应力集中现象,压应力的应力集中现象普遍存在于塔梁固结处和墩梁固结处;加劲肋和过人洞倒角存在较大拉应力,建议针对加劲肋、腹板、过人洞倒角等应力集中区域优化构造设计,如局部配筋优化或增设倒角,改善受力状态。
(4)在成桥状态下,选取主梁线形、主梁上缘应力、主梁下缘应力、斜拉索索力、塔顶偏位为控制目标,对七项结构参数进行参数敏感性分析计算,并对计算结果进行归一化处理。结果表明,在成桥状态下,主梁混凝土容重、斜拉索初拉力为主要敏感参数;系统温度、锚下张拉控制应力、环境相对湿度为次敏感参数;主梁刚度、斜拉索刚度为非敏感参数。