斜拉桥施工抗风性能计算分析

维普资讯 http://www.cqvip.com ・工　程　结　构一　斜拉桥施工抗风性能计算分析　廖　凯　（西南交通大学土木工程学院，四川成都６１００３１）　【摘要】　以一高低塔混凝土斜拉桥设计方案为背景，使用大型有限元软件ＭＩＤＡＳ对其最大双悬臂状　态进行抗风验算，得出了一些有用的结论，为以后其他同类桥梁的建设提供参考。　【关键词】　斜拉桥；ＭＩＤＡＳ软件；抗风验算　【中图分类号】　Ｕ４４８．２７　斜拉桥以其造型优美，适应性强受到了人们的广泛青　睐。从近年来所建的斜拉桥来看，斜拉桥的设计有跨度增　大、主梁减轻减薄的趋势，凶此其抗风性能自然受到了人们　的广泛关注，而斜拉桥的施工抗风性能首当其冲。《公路斜　拉桥设计规范》和《公路抗风设计规范》都有明确规定，要对　悬臂施工的大跨斜拉桥的最大悬臂状态进行抗风验算。由　此可见，对大跨斜拉桥的施工抗风性能进行详细分析是极其　必要的，　【文献标识码】Ｂ　３０年重现期的风速，由此叩取０．９２，基本风速Ｖ。。＝２４．２　ｍ／ｓ。这样设计风速可以算出Ｖ＝３３　ｍ／ｓ；宽度ｂ＝２３　ｍ，可　得到高塔中跨竖向力Ｐ＝ｌ８．５２５　ｋＮ／ｍ；高塔边跨竖向力Ｐ　＝４．６３１　ｋＮ／ｍ。矮塔中跨Ｓ查表得：矮塔中跨Ｓ＝１．７６８，取　矮塔边跨Ｓ＝０．８８４，矮塔中跨竖向力Ｐ＝１９．５７３　ｋＮ／ｍ，矮　塔边跨竖向力Ｐ＝４．８９３　ｋＮ／ｍ。其升力具体加载图见图２所　刁　。　１桥梁方案及计算过程　一高低塔混凝土斜拉桥设汁方案，跨径布置为１００　ｍ＋　４　８９３　ｋＮ／ｍ　ｆ　ｆ　ｆ　１　ｌ９　５７３　ｋＮ／ｍ　＼＼　Ｔ　Ｔ　Ｔ　ｊ　Ｉ　Ｉ　１８　５２５　ｋＮ／ｍ　４　６３ｌ　ｋＮ／ｍ　３４０　ｍ＋１５０　ｍ；桥梁全宽２３　ｍ；梁高３．５　ｍ。粱截面为单室单　箱截而形式．拉索布置采用倾斜双索面，主梁上索距最大为　６　ｍ，最小为４．２　ｍ。高塔１７８．４　ｍ，矮塔１２９．４　ｍ。结构体系　为塔梁分离全漂浮体系，施工时塔梁临时固结。全桥模型如　图１：　图２升力加栽图　按照规范要求，将竖向升力与自重以及施工荷载进行组　合，计算结果如表１，主梁组合应力对比如图３。　表１　主梁部分位置计算结果（单位：ＭＰａ）　未加风　加风　未加风　加风　主梁下缘　主梁下缘　主梁上缘　主梁上缘　矮塔边跨梁中部　一２．４８　—２．８５　—１．３　—０．９９　矮塔边跨梁根部　矮塔中跨粱根部　计算部位　一Ｌ　２９　一１．８４　—３．１８　０．４８　—５．０１　～４　６２　—３．６０　—６．１０　矮塔中跨梁中部　高塔中跨梁中部　图１全桥模型　一４．２６　一６．１４　—３．８９　—５．５４　—１．９４　—５．０９　—１．９８　—５．０６　高塔中跨梁根部　高塔边跨梁根部　一２．５５　一２．４１　０．９２　—５．８９　—５．８８　—６．０７　—８．３４　—３．２６　主梁处于最大悬臂状态时，在横向风力作用下进行抗风　验算。规范规定的横向风的竖向升力计算公式为：　Ｐ＝ＣＬＳ　Ｖ２ｂ／１６　．高塔边跨梁中部　一３．７７　—４．１４　—１．１９　—１．０５　２数据分析及结论　计算结果表明，竖向升力对主塔影响还是较大，但是通　过强度验算是没有问题的。如表２所示，加上竖向升力后主　塔最大拉应力为１．０７　ＭＰａ，位于高塔左侧下塔柱底；矮塔最　大压应力增加１．７４　ＭＰａ，高塔最大压应力增加４．７９　ＭＰａ。　［收稿日期］２００６—０６—１４　式中：ｃ　为升举系数，由主梁宽高比决定，本桥主梁宽高　比为６．５７，查规范取Ｃ，＝０．４；阵风系数Ｓ由基准高度和水　平风载长度决定，本桥基准高度为７０．７３　ｍ．加载长度：高塔　中跨为２０２　１３１，矮塔中跨为１２４　Ｉｌｌ，查表得高塔中跨Ｓ＝１．７２．　取高塔边跨Ｓ＝（１／２）×１．７２＝０．８６；主梁位置处施工阶段　的设计风速Ｖ＝Ｋ．　Ｖ　Ｋ．为风速高度修正系数，与构件基　准高度和地表类别有关，由规范取为Ｋ　：１．４８２，叩为风速重　现期系数，根据桥梁的重要性及桥址地形条件．施工阶段取　［作者简介］廖凯（１９７８～），男，重庆綦江人，桥隧专业　硕士研究生　１３８　四川建筑第２７卷１期２００７．０２　维普资讯 http://www.cqvip.com ・　工　程　绪　构誊　从表１和图３可以看出，竖向升力对主梁应力也有较大影　响，并且是越靠近塔梁固结位置影响越大，竖向升力使矮塔　边跨中部下缘压应力增加０．３７　ＭＰａ，而使矮塔边跨梁根部应　力增加１．８９　ＭＰａ。总之，本桥通过施工抗风强度验算是没有　问题的。需要指出的是，由于斜拉桥结构体系的特殊性，施　工中结构抗风性能的好坏在一定程度上取决于施工过程是　否合理。　位矮表２主塔最不利应力（单位：ＭＰａ）　置　塔　值最最域　大　小　不加竖向升力　０　一１０．４７　加竖向升力　０　７　４，０　一一　一　■阿ｎＩ二＝】二＝］＝＝　爵爵　，　一　一　５　３　０　３　４　６　９　，一５　８　０　一ｌ２、２ｌ　４　７　９　０　ｑ　２　５　３　２　２　０　３　６　２●　－　，一Ｉｑ　０　０　Ｏ　７　８　６　３　ｎ　０●　高塔　最最大　小　０　一１２．１９　１．０７　一ｌ６．９８　从以上的分析可以看出，高低塔斜拉桥在采用悬臂法施　工的过程中，对横向风的竖向升力是比较敏感的，施工中应　引起重视。特别是桥位处于多风地带或施工期间处于强风　季节，更应引起重视。如验算难以通过则应采取一定措施保　证施工安全。国外近几年修建的几座结合梁斜拉桥和我国　的南浦大桥、杨浦大桥都在边跨设置辅助墩，此措施不但提　Ｂ　ｍ　■■■■■■■■■１跎∞７　王　４　４，　４　州斛　Ⅵ　ｎ　、　～＂　　．９　５　～～¨　　　高了斜拉桥的总体刚度、减少了索塔弯矩及中跨跨中挠度，　更为重要的是增加了施工期间的抗风稳定性。因此，加设辅　言：：　二三　助墩不失为一种既可以保证施工安全，又能改善成桥后运营　阶段桥梁受力性能的好方法。　参考文献　５　三：　［１］顾安邦．桥梁工程［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２０００．　［２］林元培．斜拉桥［Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９９４．　【ｂ）＿丰梁｝　缘　［３］　严国敏．现代斜拉桥［Ｍ］．成都：西南交通大学出版社，１９９６　［４］ＪＴＧ／Ｔ　Ｄ６０—０１—２００４公路桥梁抗风设计规范［ｓ］．　图３主梁应力对比图　［５］ＪＴＪ　０２７—９６公路斜拉桥设计规范（试行）［ｓ］．　（上接第１３７页）　墩间的内力分配又回到了边跨合龙前的　状态。应该来说，如此设计是比较合理的，使得双薄壁墩的　双肢有比较合适的压力储备，使得运营后两肢的内力更加平　均。　６小结　通过对该连续刚构大桥的施工阶段分析和成桥使用阶　段的荷载组合分析，可得出如下结论。　（１）连续刚构的悬臂施工预应力筋设计，可以满足施工　期间的材料强度要求，应根据恒载弯矩进行预应力配束。尽　管按照成桥状态进行配束，可以满足施工阶段的强度要求，　但同时采用预设施工预拱度可以顺利合龙。　（２）通过对结构运营期间的各种荷载工况进行分析，可　知最大拉应力只出现在０号块，最大值０．５４ＭＰａ，主墩的压　㈠　图８边跨合龙前后墩身弯矩（ｋＮ・ＩＴＩ）　应力７．１２ＭＰａ，结构其他部位应力水平都比较合适，这说明　该大桥的设计是比较合理的。　参考文献　由边跨合龙前后墩身弯矩可知，由于中跨悬臂在墩顶引　起的不平衡弯矩使得左墩内肢墩顶弯矩由１　５９９．０３　ｋＮ・ｍ增　加到２　０３４．５８　ｋＮ・ｎｌ，增幅达到２７％。此外通过比较合龙前　左墩和右墩墩顶弯矩值，可以看出左墩顶弯矩值大于右墩的　［１］　向中富．桥梁施工控制技术［Ｍ］．人民交通出版社，２００１．　［２］　金成棣．预应力混凝土梁拱组合桥梁设计研究与实践［Ｍ］．人　民交通出版社，２００１．　［３］　徐君兰．大跨度桥梁施工控制［Ｍ］．人民交通出版社，２０００．　［４］　靳欣华．斜拉与Ｔ构组合体系桥梁全桥仿真分析研究［Ｄ］．西　南交通大学，２０００．　相应弯矩值。这是由于左墩墩高较右墩矮，右墩纵向刚度相　对较柔，有较好的适应变形的能力，因此引起的弯矩也较小。　由图８还可以看出，跨中合龙顶推缓和了由于边跨合龙　［５］　葛耀君．分段施工桥梁分析与控制［Ｍ］．人民交通出版社，　２０ｏ３．　引起的墩身内外肢的轴向力分布。另外，跨中合龙后，内肢　的轴向力会较小，外肢的轴向力逐渐增大，这是由于边跨跨　度大于中跨半跨的长度，恒载的不平衡造成的。　［６］王文涛．刚构一连续组合梁桥［Ｍ］．人民交通出版社，１９９７．　［７］　ＭＩＤＡＳ　ＩＴ（Ｂｅｒｉｎｇ）Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．ＭＩＤＡＳ／ＣＩＶＩＬ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｏｒ　Ｃｉｖｉｌ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ（联机手册）．２００４．　四川建筑第２７卷１期２００７．０２　１３９