单索面矮塔斜拉桥主梁无索区长度变化影响分析

徐　超

(黔南州交通建设工程质量安全监督处，贵州 都匀　558000)



桥梁工程

单索面矮塔斜拉桥主梁无索区长度变化影响分析

徐超

(黔南州交通建设工程质量安全监督处，贵州 都匀558000)

摘要：以云南省瑞丽江矮塔斜拉桥工程实例为研究背景，采用大型有限元分析软件Midas/Civil建立有限元模型进行分析。探讨了矮塔斜拉桥塔根无索区长度及边支座无索区长度对成桥阶段主梁变形、内力以及斜拉索的索力等的影响，得出了合理无索区长度的取值范围, 对进一步认识矮塔斜拉桥的结构性能及总体布置设计有一定的参考意义。

关键词：矮塔斜拉桥；无索区长度；结构性能

1无索区长度对结构特性的影响

1.1无索区长度目标分析参数

矮塔斜拉桥是主塔、主梁、桥墩以及斜拉索协同作用的结构体系。一般来说，矮塔斜拉桥的受力特性接近于连续梁桥，其整体刚度主要是由主梁提供，斜拉索的主要作用不再是直接承受竖向荷载，而是改善主梁的受力性能，斜拉索可以看成体外预应力筋。在矮塔斜拉桥设计中，主塔的内力与变形通常不控制设计，而主梁变形、主梁弯矩及截面验算和斜拉索索力则需要重点考虑。本文选取主梁挠度f、主梁弯矩M、斜拉索索力T作为成桥状态下的目标分析参数，通过改变斜拉索的根数以改变矮塔斜拉桥索区的长度来分析无索区长度变化对结构整体力学性能的影响。

1.2无索区长度计算模型

瑞丽江大桥的力学模式如图1所示。其中在分析塔旁无索区长度对结构的影响时，保持边跨边部无索区与中跨跨中无索区的长度不变，同时，塔高斜拉索在主梁上的布置间距d及倾角均不变，仅仅通过改变塔根附近的斜拉索的根数来改变塔旁无索区的长度。

图1　无索区长度变化计算图示

塔旁无索区长度L1的变化范围为从18.5m到39.5m，塔旁无索区长度L1与主跨跨径的比值L1/L的关系对照表如表1所示。

在分析边跨与中跨无索区长度对结构的影响时，保持塔旁无索区长度(L1=25.5 m)不变，塔高及斜拉索在主梁上的布置间距不变，而通过改变边跨边部与中跨跨中斜拉索的根数来改变塔根无索区长度。边跨边部无索区长度L2的变化范围从17.5～45.5 m，同时中跨跨中无索区长度L3从17～73 m。L2/L、L3/L的关系对照表如2所示。

表1　塔旁无索区长度L1与中跨跨径的比值

表2　边跨边部与中跨中部无索区长度对照表

1.3计算结果与分析

(1)塔旁无索区长度对结构的影响

塔旁无索区长度变化时对主梁最大挠度、中跨跨中最大弯矩、主梁墩顶最大弯矩及斜拉索最大索力计算结果见表3。

表3　塔旁无索区长度变化对结构影响

将以上结果绘制为曲线图，如图2所示。

图2　塔旁无索区长度变化时主梁最大弯矩

从上面的图表可以看出，当塔旁无索区长度从L=18.5 m增加到H=39.5 m时，斜拉索的最大成桥索力值是不断增加的，最大成桥索力值从6 044 kN升高到6 100 kN，增加值不到0.1%，可见塔旁无索区长度的变化对斜拉索成桥索力的影响并不大；矮塔斜拉桥塔旁无索区长度的变化对主梁墩顶截面负弯矩的影响显著，随着L1/L的增大，主梁墩顶截面最大负弯矩急剧升高，当L1/L从0.10增加到0.22时，主梁墩顶截面最大负弯矩从819 906 kN·m上升到1 289 091 kN·m，升高了57%；塔旁无索区长度的变化对主梁最大挠度以及主梁弯矩的影响较小，主梁最大正弯矩随L1当先减小后增大，在L1/L=0.14时取得最小值，但总体变化较为平缓；可见，塔旁无索区长度的变化对墩顶主梁最大负弯矩的影响比较显著，可适当增加主梁墩顶截面预应力配置来改善墩顶主梁的受力，通常可取L1/L=0.10～0.14。

(2)边跨边部无索区(中跨跨中无索区)长度对结构的影响

边跨边部无索区(中跨跨中无索区)长度变化时对主梁最大挠度、主梁最大正弯矩、主梁墩顶截面最大负弯矩及斜拉索最大索力计算结果见表4。

表4　边跨边部无索区(中跨跨中无索区)

从上面的表4可以看出，当边跨边部无索区(中跨跨中无索区)长度从L2=17.5 m(L3=17 m)增加到L2=45.5 m(L3=73 m)时，主梁最大挠度、主梁最大正弯矩、主梁墩顶截面最大负弯矩、斜拉索最大索力都是单调增大的。主梁墩顶截面最大负弯矩从932 498 kN·m增大到1 146 972 kN·m，升高了23%；主梁最大正弯矩从87 679 kN·m上升到136 807 kN·m，升高了56%；可见，边中跨无索区的变化对主梁的最大正弯矩的影响比对墩顶截面最大负弯矩的影响大很多；由于斜拉索根数的大幅减少，斜拉索提供的竖向刚度减少，主梁的最大挠度从12.5 cm下降到46.7 cm，下降幅度达2.7倍，最大成桥索力值从6 067 kN升高到8 629 kN，增加了42%，换算后最大拉应力也没有超过规范要求的0.6fpk(fpk为斜拉索的标准抗拉强度)，斜拉索在设计时留有足够富余，中跨跨中无索区长度L3与主跨跨径的比值在0.17左右时，主梁受力更为合理。

2结语

在设计实践中，矮塔斜拉桥无索区长度的选取是十分重要的，其设计的合理与否将直接影响到矮塔斜拉桥的整体受力。通过对背景桥梁主塔旁无索区长度、边跨边部无索区长度和中跨跨中无索区长度的分析，可以更好的了解矮塔斜拉桥的力学行为，为同类桥梁的设计提供参考。

参考文献：

[1]郑一峰,黄侨.张宏伟.部分斜拉桥的概念设计[J].公路交通科技,2005,(7).

[2]陈宝春,彭桂瀚.部分斜拉桥发展综述[J].华东公路,2004,(3).

[3]康炜.小西湖黄河大桥部分斜拉桥结构分析[J].铁道标准设计,2004,(11).

[4]许利星．单索面矮塔斜拉桥施工监控与仿真分析[D]．合肥：合肥工业大学，2007．

Non-cable regions in girder effect analysis of the single-cable-stayed extradosed bridge

XU Chao

(Traffic Construction Engineering Quality Supervision Department of Southern Guizhou，Duyun，Guizhou 558000，China)

Abstract:This paper takes Yunnan Province Ruili River low tower cable-stayed Bridge as the engineering background by using the large-scale general finite element analysis software Midas/Civil to set up finite element computing model。Investigates the influence on the deformation，inner force of the main girder and cable force etc under dead load by adjusting the length of the no cable section near the tower and the length of no cable area near the side bearing and obtain the suitable length of the no cable areas ，there is a certain reference value to understand the structural properties and the overall layout design of the low tower cable-stayed bridge.

Keywords:extradosed bridge;length of non-cable;structural properties

收稿日期：2015-12-30

作者简介：徐超(1989-)，男，贵州人，硕士研究生，从事路桥工程质量安全监督工作 。

中图分类号：U448.27

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)05-0093-02