大跨径斜拉桥范文

大跨径斜拉桥范文（精选5篇）

大跨径斜拉桥 第1篇

1 斜拉索断裂带来的结构影响

桥梁体系中斜拉索属于柔性结构的一种, 这种斜拉桥体系是最为重要的组成部分。梁体荷载, 行车荷载都是通过斜拉索来进行传递的, 所以说斜拉索在整个桥梁体系中强度相对较低, 但是所承受的荷载环境却是最为严峻的结构形式之一。斜拉索很容易受到破坏, 一旦斜拉索失去了作用, 对于整个桥梁来说是一种致命的破坏。所以在设计的过程中针对斜拉索有着多方面的考虑。例如单根的斜拉索出现断裂就会出现荷载转移的状况, 但是这种考虑只是停留在理论上, 在实际的制造和安装过程中, 斜拉锁受力是不可能与设计完全一致的, 就算是统一批次的拉索在受力上也不完全相同。通过研究发现, 最先断裂的拉索往往受力十分集中, 并且所负担的桥梁位置相对重要。对于桥梁斜拉索的病害调查分为以下几种:

(1) 防护体系老化, 即包裹钢索的保护层出现老化、断裂的现象。

(2) 拉索钢索破损, 主要引起原因来自锈蚀和断丝。

(3) 拉锁变形, 主要体现在出现不规则扭转现象。

(4) 斜拉桥危险性理论分析。

2 斜拉桥结构危险性分析

斜拉桥在运营安全期限内, 结构存在的风险和危险在很大程度上来自材料老化和外部荷载增强等因素。这些因素在整体结构上容易发生不确定的损失, 所以在危险发生中不同的危险程度都能直接对桥梁造成危害。在进行斜拉索断裂的原因分析中, 经常以范围影响的大小和其自身程度来进行衡量。斜拉桥结构危险性的研究是用过对桥梁结构的全寿命分析所造成的, 不同的危险性都可能发生, 所以要对这些危险性能制定较正规的控制方法。危险性在分析上常分为单元性危险性和总体危险性。

2.1 单元危险性分析

在这一过程中主要是针对桥梁的拉索结构来进行的, 其中结构单元中分为多个危险因素, 并且通过结构损伤的表观现象等进行观察, 同时指出不同形式造成损伤的原因, 然后根据现有的规范形式制定出评定方法, 通过检查来采取合理的养护措施。在规定时间内所进行的检查次数就是常说的检查频率, 这些频率在危险发生的过程中能够根据时间的转移, 而出现随机性。同时采取不同的巡检频率, 对所形成的结构退化和材料老化等问题进行监控, 并做到随时更换。

2.2 总体危险性分析

通过单元性为先分析我们发现斜拉桥在运行的过程中会存在一定的风险, 这些风险来自实践的特殊性、结构性、材料老化等问题, 而进行总体性危险分析就是将这些危险问题进行有效的识别。在巡检过程中对桥梁的拉索结构进行划分, 并且分为可巡检结构和不可巡检结构两种, 巡检能够做到的就是对可巡检部位进行及时的监控, 而对于不能直接巡检的高危结构和构件要提出合理的管理方式, 并且使用高科技手段进行监测。

2.3 结构解析

结构解析是将不同材料按照结构单元进行分析, 并且使其形成材料、处境、结构形式上的一致。

2.4 危险源分析

在桥梁的运行阶段中很多危险源都会对斜拉索造成影响, 针对这些影响要采取合理的危险性分析, 并且对其技术资料和外界环境进行危险源识别, 同时选择出能够造成结构安全威胁的主要原因, 常见的危险源有如下几个方面:

(1) 结构退化:斜拉锁在外部荷载的作用下会因承载力不足和刚度不足造成劳损。

(2) 材料老化:斜拉锁一直处于荷载状态, 在这一状态下会造成结构的耐久性问题。

(3) 特殊事件:在强风、地震等因素的影响下会造成斜拉锁被拉长。

(4) 施工因素:施工过程中施工技术不能满足规范要求, 使施工生产受到影响。

(5) 维护因素;在维护过程中会因斜拉锁更换对结构产生一定的影响。

3 危险性因素分析与对策

通常应从内力状态改变和损伤两方面对斜拉桥进行监测, 达到较为危险程度的结构损伤引起内力状态的改变往往能够被监测到, 然而, 有一小部分损伤在没有引起内力改变时就造成结构破坏。进行斜拉桥监测的过程中, 要及早发现危险性, 必须针对相关的结构重点部位进行监测, 并且对所出现的不理结构和损害程度等情况进行分析, 以此研究出相应的解决方法, 斜拉桥在自身结构上分析来说, 要根据运营种产生的不利因素进行说明, 并且根据导致桥梁状态改变的原因, 根据各自不同特点通过不同手段获得桥梁健康信息。对结构损伤的识别以及对内力状态的监测主要有以下手段:

(1) 最直接最有效手段是对结构自身进行人工定期检查。通过巡检档案准确掌握损伤发展情况。

(2) 在指定时间采集桥梁环境数据、结构内力 (拉索索力、控制截面应变等) 及动力特性数据, 并及时分析采集数据。

(3) 根据上述获得的参数, 通过静力状态识别、历史数据对比、结构静动力损伤识别等方法获得结构之整体健康状态。通过声波技术对桥梁进行声波监测, 捕获异常声波信号对比分析研究主要杆件突发行为及时补修, 确保桥梁的安全运营。

4 斜拉索的模拟方法

斜拉索是整体桥梁的主要受力构件, 要根据直杆单元和曲线单元的进行模拟, 当拉锁处于张拉状态时, 弹性会因延长性的改变, 这一过程中可以不将弹性要素考虑在范围之内。在拉索锚固完成后, 要根据斜拉过程进行相应的控制, 针对拉索的弹性形变使其能够直接影响到索力的大小, 所以在考虑到拉索的弹性作用时, 必须结合以下的方法。

4.1 等效弹性模量法

将一定垂度的斜拉索等效为考虑有效弹性模量的直杆, 然后通过公式: 计算斜拉索的有效弹性模量。

公式中:Eeq为等效弹性模量, E为弹性模量, γ为容重, l为拉索水平投影长度, σ为拉索拉应力。

4.2 多段直杆法

不同的斜拉索要多考虑直杆的单元性, 可以通过拉锁离散为铰接干。并且拉索中的自重要根结荷载作用进行考虑, 并且将其直接作用在节点上, 这种方法涉及到的工程数量较多, 容易使计算过程相对的繁琐。

4.3 曲线索单元法

对曲线索进行模拟的过程中, 斜拉锁处于较长时, 可以使用曲线单元来完成斜拉索的整体模拟, 并且在自重的作用下, 是悬链成为线型, 不同单元的强度要考虑到斜拉锁的共同节点金额位移的连续性变化。

5 结束语

本文通过对斜拉桥断索因素进行分析, 并且对其危险性因素进行分析病提出相关对策, 希望能为以后的斜拉索施工、设计提供一定的帮助。

摘要：随着我国桥梁技术的发展, 越来越多的跨海大桥和跨河大桥的出现, 这些桥梁的结构形式多为斜拉桥。这种桥梁的施工难度较大, 工艺相对复杂, 尤其是斜拉桥断索现象较为常见, 引起桥梁工作者的高度重视。

关键词：结构影响,危险因素,模拟分析

参考文献

[1]黄锦源, 潘龙, 郭卓民.大跨径斜拉桥交叉索的构思及可行性分析[J].中国市政工程.2002年01期.

[2]杜高明.大跨度自锚式斜拉—悬索协作体系桥结构性能分析[D].大连理工大学.2006年.

大跨径连续刚构桥施工控制方法 第2篇

关键词:连续刚构;施工控制;悬臂施工

中图分类号:U448.23文献标识码:A文章编号:1000-8136(2010)05-0050-02

随着交通事业的不断发展,大跨径连续刚构桥的建设越来越多,据不完全统计,目前世界上已建或在建的主跨大于240 m的特大跨径连续刚构桥就有18座之多。然而连续刚构桥施工过程中的各种随机性因素(如材料的弹性模量、混凝土收缩徐变系数、结构自重、施工荷载、温度等),使得桥梁的实际状态偏离理想状态,为了确保大桥成桥后的状态满足设计要求,有必要对大跨径连续刚构桥进行施工监控。

1 桥梁施工控制的内容

桥梁施工控制就是在对桥梁结构进行施工仿真计算分析的基础上,通过现场测试,采集桥梁施工过程中各类数据信息。结合桥梁仿真分析计算,对采集的数据信息进行分析。尤其是对施工中各类结构响应数据(如变形、内力、应力)分析,运用现代控制理论对误差进行分析,并根据需要研究制定出精度控制和误差调整的具体措施,最后以施工控制指令的形式为桥梁的施工提供反馈信息。桥梁施工控制的主要内容有:①主梁线形控制;②箱梁控制断面应力监控;③稳定控制。

2 施工控制方法

在实际施工中,桥梁的实际状态与理想状态总是存在着一定的误差,施工控制就是采用现代控制理论和方法去分析这些误差,并调整误差,使成桥线形和结构内力的最终状态符合设计要求,并且确保桥梁施工过程中的结构安全。大跨度桥梁施工控制采用的理论和方法主要有:参数识别与调整(最小二乘法)、Kalman滤波法和灰色理论法。

3.1 参数识别

参数识别就是分析结构的实际状态与理想状态的偏差,用误差分析理论来确定或识别引起这种偏差的主要设计参数的误差,经过设计参数误差的调整来控制桥梁结构的实际状态与理想状态之间的偏差,使结构的成桥状态与设计尽可能一致。参数识别在中国的桥梁施工控制中有着广泛的应用。其计算通常采用最小二乘法。相对于Kalman滤波法和灰色理论法,参数识别方法具有以下特点:

(1)参数识别方法将引起误差的因素完全归结于设计参数,认为引起结构状态偏差是由于设计参数的取值(如砼弹模、砼容重、预应力筋管道偏差系数、管道摩阻系数、砼收缩徐变系数等)与实际不符。忽略了施工定位误差、测量系统误差、温度影响误差等。由此可能导致所估计的参数并非实际值,而是包含了施工定位误差、测量系统误差、温度影响等的数值。

(2)参数识别一般采用最小二乘进行线形回归分析,其回归方程为:Y=Φθ+E。

式中:Y:误差向量;

Φ:线性转化矩阵(即被估参数与挠度之间的线性关系矩阵);

θ:估计参数向量;

E:残差(包含量测误差、参数估计误差、系统误差)。

其中Y可由理论分析值与实际观测值相减求得,而矩阵Φm,n则需要根据结构力学计算求得,其物理意义为,单位θn变化m节点所产生的挠度Ym。在桥梁施工监控中,一般需要采集每一施工工况下各节段测点的挠度数据,从而使得矩阵Φm,n的计算显得尤为复杂,且随着数据的增加,矩阵Φm,n的规模也越大,采用常用桥梁分析软件根本无法计算,需要编制专用程序求得。

(3)最小二乘法的原理是求得一组参数θ,使得模型的输入输出数据之间关系拟合的最好,这就要求残差E最小,因而若数据被噪声污染的越厉害(如温度影响、施工误差等因素),参数估计的准确性也就越差。

(4)为了能够使得参数识别更加准确,这就要求数据有较好的规律性,且需要较多数据,因此在梁段数比较少时所得到的回归曲线的精度难以保证。

3.2 卡尔曼滤波法

卡尔曼滤波法的实质是从被噪声污染的信号中提取真实的信号,采用由状态方程和观测方程组成的线形随机系统的状态空间来描述滤波器,并利用状态方程的递推性,按线性无偏最小均方误差估计准则,采用一套递推算法对滤波器的状态变量作最佳估计,从而求得滤掉噪声后有用信号的最佳估计,即估计出系统的真实状态,然后用估计出来的状态变量,按确定的控制规律对系统进行控制。卡尔曼滤波法具有以下特点:

(1)卡尔曼滤波法将概率论和数理统计理论用于解释滤波估计问题,提出了新的线性递推方法,不需要储存过去数据,只需根据新数据和前一时刻估计量,借助状态转移方程,按照递推公式计算新的估计量,从而节约计算时间。

(2)卡尔曼滤波法进行递推的关键在建立状态转移方程,通过状态转移方程,使得误差估计具有一定的收敛性,特别当数据污染严重的情况下,估计量仍有一定的信服力。

(3)卡尔曼滤波法进行递推计算时,需要输入系统状态初始值,而初始值对计算结果有很大影响,若初始值取值不当,会使结果失真。

3.3 灰色系统理论

灰色系统可以看作是在一定时间内变化的随机过程,环境干扰将使系统行为特征量过分离散,为此灰色系统用灰色数生成对原始数据进行处理得到随机性弱化、规律性强化了的序列,在此基础上以灰色动态GM模型作为预测模型,并及时对模型进行滚动优化和反馈校正。灰色预测控制具有以下特点:

(1)灰色预测控制建模是可利用少数据建模,是一种实时控制。在处理方法上,灰色过程是通过原始数据的整理来找数的规律,是一种就数找数的现实规律的途径,而数理统计方法是按先验规律来处理问题,要求数据越多越好,越具规律性越好。

(2)灰色预测控制是后果控制,不需要追究引起状态变化的原因,不必处置复杂的随机过程,这使得控制大为简化。

(3)灰色系统理论是“瞬态建模”,每新增数据便生成新的模型,因而数据的取舍对于灰色系统至为关键,数据太多将降低模型预报精度,数据太少,模型将找不出数据间的规律。

(4)当数据污染严重时,灰色系统预测结果也同样有较大的偏差,数据估计的收敛性较差。

4 工程应用

在祁临高速仁义河特大桥施工监控中,采用参数识别进行误差分析,结果在不同施工阶段,所估计参数也不一样,且随着悬臂的逐渐加长,识别的参数差异性也就越大。这说明,悬臂越长,数据越容易被污染,因而估计的准确性也就越差。

同样,在晋济高速公路桥梁施工监控中,分别采用灰色系统理论和卡尔曼滤波法进行误差分析,在悬臂施工初期,由于主梁变形不大,二者差别不大,但进入长悬臂施工后,相对而言,卡尔曼滤波法预测值较小,数据曲线较为光滑平顺。

5 结束语

(1)大跨径连续刚构桥采用参数识别进行误差分析,计算繁琐,要求数据有较好的规律性。在实际监控工作中,对于设计参数引起的误差,应尽可能采用实际试验结果,在出现明显系统误差情况下进行参数识别。

(2)施工控制应采取多种方法进行综合分析。目前进行施工控制分析的方法有多种,但各种方法计算原理及侧重点有所不同,而影响误差的因素却很多,因此在施工控制中应结合以经验,综合考虑各种因素影响,结合多种方法进行误差分析,保证预测精度。

Great Span Continual Rigid Frame Bridge Construction Control Method

Niu Liqiang

Abstract: The elaboration continual rigid frame bridge construction control’s necessity and the main content, and introduction the several commonly used construction control method.

大跨径斜拉桥 第3篇

某针形独塔空间异型索面斜拉桥全长268 m, 主梁采用钢箱梁+混凝土箱梁结构。该桥主桥为针形独塔空间异型索面斜拉桥, 由锚固跨和主跨组成, 锚固跨分为锚跨和辅跨, 主跨分主孔和辅助孔。上部结构主跨采用钢箱梁结构, 锚固跨采用预应力混凝土箱梁结构, 钢箱梁总长208 m, 混凝土箱梁总长60 m。钢箱梁为上下行分幅布置, 两幅箱梁间设有箱型钢横梁, 纵向间距为12 m。钢箱梁采用单箱三室断面, 顶宽16.5 m, 底宽11.5 m。预应力混凝土箱梁锚跨、辅跨分别采用单、双箱多室变宽断面, 宽度为35.5 m~45.102 m。钢-混凝土结合段采用承压板方案。该桥设计荷载等级为公路-I级, 人群荷载2.875 k N/m2, 设计车速为40 km/h。

2 静载试验

2.1 试验原则和准备

静载试验是在桥面上用加载试验车辆来模拟设计荷载检验桥梁结构的强度和刚度是否满足设计要求的一种试验方法[1]。该试验在桥梁结构和环境温度相对稳定的时间段内采用分级加载的方法进行。试验过程中, 对所测断面的变化情况须连续观察并实时绘制挠度和应变变化较大的测点的应变与荷载的关系曲线, 发现问题及时停止加载, 确保桥梁结构处在一个可控的状态。

试验荷载的理论计算采用Midas Civil桥梁计算软件建立空间整体模型进行计算分析。根据计算出的静力试验荷载效率及控制断面的设计弯矩值并考虑加载车辆的特性, 此次试验采用16辆四轴载重货车, 试验车的轴距、轮距和轴重为中后轴距135 cm;前中轴距380 cm;后轮距190 cm;前轴重11 t;中后轴重26 t。

2.2 测点和加载载位的布置

对桥梁各个桥墩由南向北编号分别为1#~5#, 所布置的监测点位置为1-1和1-1截面分别距2#桥墩中心线55.07 m和65.50 m, 2-2截面距3#桥墩中心线2.75 m、3-3截面距5#桥墩中心线4.95 m。各断面加载载位具体如下:1-1、1-1断面加载载位情况为左幅由非机动车道左边缘向机动车道方向布载, 距离6#墩47.2 m位置由南向北分3排布载, 车辆台数依次为2、3、3, 间距为16.8 m;右幅布载情况为以中央分隔带为中心线与左幅对称布载。2-2断面加载载位情况:左幅由非机动车道左边缘向机动车道方向布载, 距离5#墩33.2 m处由南向北分4排布载, 车辆台数为3、3、3、3, 间距为10.95 m;右幅有机动车道右边缘向中央分隔带布载, 距离5#墩33.2 m+10.95 m处由南向北分2排布载, 车辆台数为2、2, 间距为10.95 m。3-3断面加载载位情况:距离3#墩14.95 m由北向南采用车尾相接的方式布载, 后轴距相距6.7 m, 左幅由机动车道右边缘向中央分隔带方向布载, 车辆台数2、2;右幅布载情况是以中央分隔带为中心线与左幅布载对称。

2.3 静载试验结果分析

在主梁主跨和锚固跨最大弯矩截面的试验荷载作用下把实际荷载弹性变位值和理论变位值的比值作为各测点的效应系数。用卸载后达到稳定状态时的实测值和加载后达到稳定状态时的实测值的比值 (相对残余变形) 来检验结构弹性恢复能力, 一般要求该值不大于20%。对最大弯矩截面的挠度进行测量并和理论计算值进行比较来检验桥梁的刚度和整体变形协调性是否满足要求。通过计算和分析主桥主跨钢箱梁和锚固跨预应力混凝土箱梁的应变校验系数、挠度校验系数、应变及挠度相对残余变形均满足规范要求并且锚固跨预应力箱梁梁底混凝土未出现开裂现象, 满足全预应力混凝土结构不允许开裂的设计要求。

3 动载试验

3.1 试验原则和方法

在移动车辆荷载和最大静态应力共同作用下, 桥梁结构将处于最不利状态[4]。桥梁动载试验是依据不同车速驶过平整桥面时测得的桥跨主梁的动应变、动挠度及冲击系数对桥梁的抗冲击性能进行评价。此次试验选取主跨最大挠度断面及锚固跨产生最大正弯矩断面进行动应变、动挠度测试;在1#墩位置梁底布置水平向位移计, 测试主跨主梁在动荷载刹车作用下梁端最大纵向位移量。测试断面分别为1-1、3-3。

动应变、动挠度采用电阻测量方法。其原理是将所测段面的应变、挠度的变化转变成电阻的变化, 然后由动态采集仪进行测量。采集仪器采用DH3817型动静态高速数据采集仪。动载试验时, 两辆重约38 t四轴货车以10~40 km/h的速度匀速驶过桥面, 记录所有动态测点的应变、挠度时程信号。

3.2 动载试验结果分析

两辆重车以10~40 km/h的车速匀速驶过桥面, 测得以不同车速行驶时各测点动应变时程曲线和动挠度时程曲线, 通过对时程曲线进行分析, 得到各测试断面测点实测最大动应变、最大动挠度及相应冲击系数。由于篇幅所限, 仅列出1-1断面在车辆40km/h下的曲线图, 如图1、图2所示。

通过对1-1、3-3断面应变、挠度动态时程曲线分析, 可以得到各测试断面测点实测最大动应变、最大动挠度, 根据公式 (1) 计算相应冲击系数μ如表1所示。

由表1可知, 主跨1-1断面由实测动挠度和动应变时程曲线得到的冲击系数均小于按《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60-2004) 规定所计算的冲击系数0.050;由于锚固跨跨径小, 结构刚度大, 实测3-3截面冲击系数值偏大符合桥梁结构的实际状态。根据《公路桥梁荷载试验规程》 (征求意见稿) 规定, 冲击系数的计算优先采用动挠度信号计算, 由实测动挠度信号计算分析得到主跨及锚固跨最大实测冲击系数为0.015和0.054, 实测值基本符合《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60-2004) 规定所计算的冲击系数0.050。车辆刹车瞬间, 主梁梁端最大纵向位移为0.42 mm, 主梁梁端未见明显滑移现象。

4 结语

该文对针形独塔空间异型索面斜拉桥的动、静载试验的方法和过程进行了介绍, 并进行了试验, 得到了相关效应系数、相对残余变形、在不同速度下的挠度和应变冲击系数以及刹车瞬间状态下梁端的位移情况。试验结果表明该桥梁各项试验结果均满足规范要求, 该桥的承载能力和工作性能满足设计荷载和使用要求。

参考文献

[1]张俊平.桥梁检测与维修加固[M].北京:人民交通出版社, 2011.

[2]交通部公路科学研究所, 交通部公路局技术处, 交通部公路规划设计院.大跨径混凝土桥梁的试验方法[M].北京:人民交通出版社, 1982.

[3]吴建奇, 郑晓, 张婷婷.桥梁检测中的静载试验研究[J].铁道建筑, 2011 (2) :42-44.

大跨径斜拉桥 第4篇

同泽大桥工程位于辽宁省海城市内, 大桥横跨海城河。桥孔跨度布置为3 × 20m + ( 72. 5 + 62. 5) m + 5 × 20m, 桥梁总长 ( 包含耳墙) 300. 2m。引桥上部采用3 × 20m一联和5 × 20m一联的装配式预应力混凝土简支空心板, 主桥采用 ( 72. 5 + 62. 5) m不等跨预应力混凝土独塔双索面斜拉桥, 斜拉桥采用塔、梁、墩固结刚构体系。主桥标准断面桥面宽20m, 双向4 车道, 荷载等级采用公路- I级, 设计洪水频率1 /100, 地震基本烈度Ⅶ度, 无通航要求。主桥布置图如图1 所示。

2主梁结构设计

主桥 ( 72. 5 + 62. 5) m箱梁采用预应力混凝土变高、变宽箱梁。箱梁采用单箱三室截面, 边支点、跨中箱梁中心高2. 4m, 在桥塔位置局部加高为3. 2m; 箱梁梁端顶宽18m, 距梁端10m位置箱梁顶宽渐变为20m。主跨 ( 72. 5m跨) 标准断面的箱梁顶板厚度为25cm, 底板厚度为25cm, 边腹板厚度1. 5m, 中腹板厚度50cm。箱梁在拉索位置设置厚度为35cm的中间横梁, 端部设厚度为2m的端横梁, 在桥塔固结处设置箱式横梁 ( 总宽5m) 。

为保持塔柱的受力平衡, 边跨 ( 62. 5m跨) 通过采用将箱梁顶板、底板、腹板厚度加大的方式, 增加边跨的自重, 以优化结构受力。边跨标准断面的箱梁顶板厚度为35cm, 底板厚度为35cm, 边腹板厚度1. 5m, 中腹板厚度70cm。箱梁在拉索位置设置厚度为50cm的中间横梁。主梁主跨和边跨横断面尺寸如图2 所示。

为减小混凝土收缩、徐变的影响, 主桥箱梁在塔根位置两侧各预留2m混凝土后浇带, 后浇带于斜拉索张拉前浇注完毕, 并尽量加大后浇带浇的时间差。后浇带采用C50 微膨胀混凝土浇筑。

3 技术特点

3. 1塔梁墩固结刚构体系

同泽大桥主桥采用塔梁墩固结刚构体系, 这种体系结构的优势在于整体刚度好, 主梁和索塔的挠度较小。由计算结果可知, 在汽车荷载作用下 ( 不计冲击力) 主梁最大挠度24mm, 挠跨比为L/3020 <L /500, 主塔最大挠度20mm。结构刚度的增大是由塔梁墩固结位置的负弯矩换取的, 在汽车荷载作用下, 塔梁墩固结位置的负弯矩是主跨跨中正弯矩的1. 33 倍。

塔梁墩固结不需要设置支座, 避免了设置支座的困难, 并且独塔斜拉桥的刚节点和塔脚不像其他双塔或多塔斜拉桥存在温度内力问题, 因而塔梁墩固结的刚构体系特别适用跨径不大的独塔斜拉桥。

3. 2桥塔下横梁设计

由于塔梁墩固结体系结构的整体刚度相比其他结构体系大, 框架结构导致了塔梁固结部位产生较大的应力, 且无法做成连续梁的形式, 因此桥塔横梁受力复杂。本次桥塔横梁计算采用Midas软件建立横桥向桥塔空间模型, 构件采用杆件单元模拟, 设计时考虑恒载 ( 自重、拉索及预应力) 和活载 ( 风荷载, 汽车荷载) 以及偶然荷载 ( 地震力) 各种荷载工况组合。为减小桥塔横梁及塔根附近主梁主拉应力, 本桥在桥塔横梁及塔根附近主梁腹板设置了竖向预应力。计算结果表明, 桥塔横梁在各种荷载工况的作用下满足规范要求。塔梁固结处结构形式如图3 所示。

4 主梁纵向静力计算

全桥采用空间杆系理论进行结构离散, 应用Midas / Civil 2015 程序对主桥进行纵向静力计算, 全桥有限元模型共有空间梁单元218 个, 空间桁架单元44 个。主梁采用“鱼刺梁”模型, 桥塔为空间梁单元, 斜拉索为桁架单元, 其弹性模量采用考虑垂度影响的换算弹性模量。主梁边支点横梁、中支点横梁以均布载的形式作用于主梁结构上, 标准梁段小横梁以集中力的形式作用于主梁结构上。

4. 1施工阶段模拟

施工阶段的模拟遵循以下施工步骤: 先满堂支架现浇完成全桥梁部施工, 而后挂索, 挂索后施工桥面铺装及桥面附属设施, 最终张拉斜索桥完成全桥施工。

4. 2模型边界条件

主塔承台底、主塔及主梁采用完全固结; 边墩处主梁竖向位移、横桥向位移、扭转位移约束, 满堂支架采用仅受压弹性连接与固结节点连接模拟。

4. 3计算荷载

( 1) 一期恒载: 包括混凝土主梁、主塔及斜拉索自重。

( 2) 二期恒载: 包括人行道、防撞护栏以及桥面铺装重, 以均布荷载的形式施加在主梁单元上, 荷载集度为116k N/m。

( 3) 收缩、徐变: 混凝土收缩徐变计算原理符合《公路桥涵设计通用规范》 ( JTG D60 - 2004) 。计算中分别考虑施工阶段、成桥状态及桥梁建成后运营10 年时的收缩徐变效对结构的影响。

( 4) 基础沉降: 主塔和边墩按1. 0cm沉降考虑, 按最不利组合。

( 5) 活载: 公路- I级 ( 双向4 车道) 空间加载;冲击系数按照《公路桥涵设计通用规范》 ( JTG D60 - 2004) 的规定根据结构基频计算。横向折减系数0. 67, 不考虑纵向折减系数, 人群荷载标准值按《公路桥涵设计通用规范》 ( JTG D60 - 2004) 的规定加载。

( 6) 温度荷载

体系温度: 体系整体均匀升温20℃、均匀降温40℃ 。

主梁温度梯度: 正温差T1= 14℃ , T2= 5. 5℃ ;负温差T1= - 7℃ , T2= - 2. 75℃

索与主梁温差:±10℃

塔身左右侧温差:±5℃

4. 4作用组合 ( 表1)

4. 5主梁主要计算结果

( 1) 成桥阶段主梁内力 ( 图4 ~ 图6)

( 2) 运营阶段主梁应力计算 ( 图7 ~ 图9)

应力: 拉应力为“ + ”, 压应力为“ - ”, 单位“MPa”。

计算结果表明, 成桥阶段主梁弯矩除塔根无索区有较大正弯矩和剪力外, 其他梁段内力较匀, 控制较好; 而运营阶段主梁除在固结位置上缘拉应力和主拉应力偏大外, 其他梁段应力计算均满足规范要求, 而固结位置在考虑主梁与塔墩的刚域效应后亦能满足规范要求。

5 结论

( 1) 斜拉桥采用塔梁墩固结刚构体系, 结构的整体刚度好, 主梁和索塔的挠度较小, 无需设置支座, 且没有像双塔或多塔斜拉桥采用相同体系而存在温度内力问题, 因此刚构体系特别适用于跨径不大的独塔斜拉桥。

( 2) 采用塔梁墩固结体系的独塔斜拉桥, 主梁各局部段落的刚度有较大的不均衡性, 斜拉索对主梁的“多点弹性支承”作用与该点距离塔梁固结点的位置有很大的关系, 因此, 确定非对称的刚构体系斜拉索初张力相对困难一些。有时仅仅调整索力, 很难使截面应力得到明显改善, 需同时调整主梁某些节段的预应力配筋量及形式, 甚至调整部分梁段的截面尺寸和结构配重。

( 3) 采用塔梁墩固结刚构体系的斜拉桥, 主梁在固结位置产生较大的应力, 导致桥塔横梁受力复杂, 在对桥塔横梁设计时, 应建立合理的计算模型, 并考虑各种不利荷载工况及施工阶段的影响。

摘要：以海城市同泽大桥为背景, 针对采用塔梁墩固结体系的小跨径独塔斜拉桥的受力特点, 借助Midas/Civil有限元程序建立主桥模型并进行静力分析, 得到主梁在成桥阶段的内力传递和运营阶段的应力分布, 为相似结构桥梁设计提供借鉴。

关键词：斜拉桥,塔梁墩固结,静力分析

参考文献

大跨径斜拉桥 第5篇

2003年, 英国首次提出“低碳经济”概念后, “低碳交通”作为一种节能环保的交通运输发展模式得到了全球范围的广泛认同和积极采用。公路建设作为我国发展交通运输业必需的基础设施之一, 在“低碳理念”的引领下一些以低耗能、低排放、高效率为主要特征的新技术得到广泛的应用, 低碳绿色公路建设已成为切实贯彻可持续发展战略的重要手段。

目前, 我国许多学者都投入到了低碳公路建造技术的研究当中, 其研究范围主要集中在公路的低碳设计、低碳施工、低碳运营、植树环保、低碳养护等五个方面, 并形成了完备的全寿命周期理念进行绿色低碳公路的建设。

科技创新是驱动交通运输绿色循环低碳发展的重要支撑。本文以芜湖长江公路二桥主桥设计为例, 从结构体系的优化设计、新技术、新工艺的应用等角度诠释实现“绿色循环、低碳公路”的新途径。

2 工程概况

2.1 项目概况

芜湖长江公路二桥 (以下简称芜湖二桥) 是正处于“长江经济带”规划伊始, 安徽省内、长江干流上刚刚启动的过江通道项目, 也是被国家发改委纳入《长江干流桥梁 (隧道) 建设规划》、国务院批准的《皖江城市带承接产业转移示范区规划》中的重大重点工程项目之一。

为满足长江黄金水道通航要求, 芜湖二桥须“一跨过江”, 给主桥设计带来诸多困难和挑战。芜湖二桥在主桥设计过程中统筹相关建设条件, 精选体系, 优化桥跨布置和桥型选择, 精心打磨索塔锚固方案, 努力实现“简约美观, 安全耐久”的设计理念。

2.2 结构概况

芜湖二桥主桥施工建设方案主桥通航净空高度为32 m, 索塔高262.48 m, 主跨806 m居全球第九, 桥跨布置如图1所示。

大桥采用分肢柱式塔四索面结构体系 (如图2所示) , 主梁采用分离式钢箱梁, 双向6车道布置。综合考虑施工便利、维护更换等要求, 二桥项目首次在大跨度斜拉桥中采用新型同向回转拉索锚固方式, 即拉索在桥塔上采用斜置鞍座锚固 (如图4所示) , 斜拉索在鞍座中回转后在同侧穿出, 在锚固在主梁同一截面上。

3 结构优化设计中的减碳技术

3.1 分肢柱式塔

索塔是斜拉桥的关键结构部位, 也是最富变化, 最具创意的一个主要结构。相对常规双肢塔, 单肢塔结构新颖, 造价省。但该桥地处长江航道, 横向抗船舶撞击性能要求高, 索塔底部刚度要求较大, 决定了其横向尺寸。而索塔中部由于无锚固索和船撞威胁, 刚度要求较低, 故本次设计独柱塔自上塔柱以下中塔柱开始, 直至桥面以下一定高度, 将索塔中部混凝土挖空, 形式上变为分肢独柱式桥塔。仅此一项, 即可直接节约混凝土用量达1 000万方, 还减轻了塔身自重及对承台和桩基承载力要求, 减少了承台厚度和设计桩长, 间接节材节能效果亦十分显著。

3.2 空间四索面分幅钢箱梁体系

芜湖二桥采用适度超前的设计理念, 考虑随后续交通量增加的桥面后续拓宽需求, 结合柱式塔方案, 采用分离式钢箱梁结构, 两侧箱梁之间预留2车道桥面拼接空间。双索面分离钢梁由于横梁受力较大, 增加钢材量较多;采用四索面分离钢箱梁, 可改善结构横向受力, 简化横梁。箱梁由四索面分为两个半幅, 再以横梁居中连接, 解决了横梁跨距过长、承载过大、结构复杂问题。索力由四索面沿梁横向分配, 减小了锚具尺寸及索力, 避免了局部锚索应力过大, 也降低了梁内剪力流。

通过综合比较, 最终选定的分离式四索面钢梁可相对可节约钢材用量5%, 计198吨, 且具有吊装重量轻、施工方便等优点, 在设计的可靠性和施工的安全性上有着较大的优势。

3.3 同向回转拉索锚固体系

同向回转拉索锚固方式, 即拉索在桥塔上采用斜置鞍座锚固, 斜拉索在鞍座中回转后在同侧穿出, 再锚固在主梁同一截面上。该锚固方式有效地控制了索塔拉应力, 变拉为压, 提高了索塔锚固区的结构耐久性, 并降低桥塔的养护费用。此外, 同向回转拉索锚固体系充分利用的混凝土的抗压性能, 有效地降低了混凝土和钢材等主要用量, 降低了桥塔的工程造价, 其大力推广后具有十分显著的经济效益和节能减排效果, 见表1。

4 节能减排与环境效益

国内外已建成的800 m以上级斜拉桥中, 昂船洲大桥的设计以2000年一项国际设计比赛的得奖作品为蓝本;参加角逐的设计工程公司来自世界各地, 全都是业界的翘楚。最终选定方案以结构设计新颖大胆, 经济性极佳著称, 各项材料用量指标均树立了斜拉桥经济性标杆。芜湖长江二桥与其相比, 单位面积桥梁主要钢材用量节约了15%, 高强混凝土节约了10%, 累计实现材料节能减排20 909.78 tce, 减少二氧化碳排放45 343.8 t。两桥主要材料指标对比见表2、表3。

5 结语

芜湖长江二桥主桥, 采用主跨806 m超大跨径柱式塔斜拉桥方案, 发展出菱形截面分肢柱式塔、四索面分体钢箱梁、双层同向回转鞍座等一系列技术, 实现超大跨径桥梁技术创新的同时, 大大节约了钢材、水泥、砂石等主要建造材料的用量。通过将建设理念、结构体系、材料、工法等多方面创新应用于超大跨径跨江桥梁建设中, 诠释了实现“绿色循环、低碳公路”的新途径。

摘要：科技创新是驱动交通运输绿色循环低碳发展的重要支撑, 芜湖长江公路二桥主桥采用主跨806 m超大跨径柱式塔斜拉桥方案, 发展出菱形截面分肢柱式塔、四索面分体钢箱梁、双层同向回转鞍座等一系列技术, 实现超大跨径桥梁技术创新的同时, 大大节约了钢材、水泥、砂石等主要建造材料的用量。本文以芜湖长江公路二桥主桥设计为例, 通过将理念、结构、体系、材料、工法等多方面创新应用于超大跨径跨江桥梁建设中, 获得理想节能减排效果的同时, 诠释了实现“绿色循环、低碳公路”的新途径。

关键词：桥梁工程,绿色,低碳,设计方案

参考文献

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