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1、第24卷第3期2004年6月中外公路49文章编号:1671-2579(2004)03-0049-04三滩黄河大桥双薄壁桥墩的设计参数优化122张孟喜,杨惠林,王景春(1.上海大学,上海市200072;2.甘肃省交通规划勘察设计院)摘要:根据双薄壁桥墩连续刚构桥特点及三滩黄河大桥实际情况,确定了由不同工况组成的计算方案,文中通过大量有限元分析,研究了双薄壁墩各设计参数与桥墩刚度的改变对结构的应力、位移、稳定性等方面的影响,同时根据优化分析结果,建立了主跨跨径、墩高、双肢间距及壁厚之间的函数关系。关键词:双薄壁桥墩;有限元分
2、析;设计参数;优化X算有限元程序;主桥共有2个单T,每个单T以墩对称1工程概况每边分18段,因此分析中按照预应力束的布设将全桥(主梁及两薄壁墩)划分为117个节点,116个单元,如三滩黄河大桥是一座大跨径预应力混凝土连续刚图1所示。固结点设在墩底与沉井基础的连接处,对构桥,设计荷载为汽超-20级,挂-120,通航等级为施工阶段的计算根据主要的施工顺序,浇筑每一块件Ⅴ级,通航净空50m×8m,主桥采用主跨140m的连均考虑了3个施工过程(挂篮就位、浇筑混凝土、张拉#续刚构体系,其跨径布设为78+140+78m,全长296预
3、应力筋),从1块件开始,对各块件在施工中的内m,桥面纵坡为1%,桥面净宽为15.5+2×0.5m,竖力、应力、挠度等进行了计算,成桥状态下计入活载、温曲线半径R=16000m。箱梁采用单箱单室断面,跨度收缩等的组合计算。考虑了14种不同荷载工况组中梁高为2.8m,墩顶梁高为7.5m,梁高沿纵向按二合,分析中主要针对桥墩墩身截面、双肢间距、主跨跨次抛物线变化,箱梁顶面宽16.5m,底宽8.5m,采用径及桥墩高度的变化,拟定了20多种可能的结构参数三向预应力结构。主桥桥墩采用分离式双肢矩形薄壁方案进行优化分析,计算模型主要针
4、对成桥后的结构墩,两肢中心间距6.8m,每肢壁厚1.2m、宽8.5m,形式,以及各施工段(悬臂浇注)的结构形式。关于风墩身高18.4m,主墩采用深度为22m的圆形沉井基载、地震力作用的影响,本项目已专题研究,本文分析础。主桥采用挂篮悬臂对称、分段浇筑施工,每个单T中不予考虑。以墩对称每边分18段。本文通过有限元分析,研究了双薄壁墩各设计参数与桥墩刚度的变化对结构以及对自身应力、位移、稳定性等方面的影响;根据优化分析结果,建立了主跨跨径L、墩高H、双肢间距S及壁厚D之间的函数关系。注:图中数字为节点号;①、②为该墩肢号图1
5、桥梁合龙后计算图式及单元划分示意图2分析模型与方案2.2计算参数#2.1计算模型三滩黄河大桥采用50混凝土、预应力钢绞线。分析采用三维空间梁单元杆系结构分析与稳定计其计算参数均符合规范要求。分析中,荷载组合为:恒X收稿日期:2004-04-06(修改稿)基金项目:甘肃省重点交通科技项目(编号:2001561).作者简介:张孟喜,男,留英博士后,教授.50中外公路24卷载+预应力+混凝土的收缩+满跨活载;轴力以拉为中的弯矩减小;边跨跨中位移减小,中跨跨中位移增正,以压为负。其他计算参数与假定如下:大。以120cm×850c
6、m截面形式为参考标准,当截面1)各施工阶段中计入了挂篮重量850kN和各施形式变为100×850、80×850、80cm×750cm,边跨跨工块重量,最大块重量1650kN,并且考虑一个挂篮中位移分别减小20%、49%、68%;中跨跨中位移分别的偏载850kN(假定拆掉一个挂篮);增大2.7%、6.7%、9.5%;主要计算结果见表1。2)设计荷载:汽超-20级,挂-120;2)双薄壁桥墩双肢间距变化对内力、位移及稳定3)混凝土收缩近似取全桥均匀,-15℃;性的影响4)温度:取1月份平均最低温度-14.4℃与7月由分析结果
7、可知,稳定安全系数λ随着双肢间距份平均最高温度28.4℃,合龙温度为4～8℃;的减小而减小,当双肢间距减小到1m时,λ的变化量很大;随着双肢间距的增大,整体稳定安全系数λ增3计算结果分析大;当间距大于6m时,增大趋势基本按线性变化。随着双肢间距的变化,其内力与位移变化情况分别见表3.1桥梁合龙后2、表3。桥梁合龙后部分计算结果见图2。3.2施工阶段1)计算图式与计算荷载在施工阶段计算图式如图3所示。在施工过程中,即前一段已施工完毕,后一段还未拆模,在该段施加上一段重量(1650kN)和挂篮重量(850kN)。2)不同施工
8、阶段的内力图2桥梁合龙后箱梁的内力与挠度示意图施工过程中关键截面的梁和墩内力变化见表4。1)桥墩刚度对内力、位移及稳定性的影响为了保证桥墩的安全,计算中还假定拆除一幅挂由分析结果可知,随桥墩截面尺寸的减小,整体稳篮即考虑了850kN的偏载(荷载施加于右侧节点),其定性减弱,并且壁厚的减小对稳定性的影响更大,特别内力变
