矮塔斜拉桥结构力学行为研究与设计实践

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1、矮塔斜拉桥结构力学行为研究与设计实践摘要：随着桥梁技术的发展，矮塔斜拉桥作为介于斜拉桥和连续梁（刚构）之间的一种组合体系桥型，近十年来应用较多。本桥就属于塔梁墩固结的双塔双索面矮塔斜拉桥。矮塔斜拉桥有许多力学特性都介于连续刚构和斜拉桥之间，是以梁的受弯、受压和索的受拉来承受竖向荷载。本次设计采用MIDAS/Civil分析程，及时为各个设计环节提供分析数据并对安全系数有富余量的拉索进行优化，通过适当调整索力进一步改善主梁的受力状况。Abstract：Withthedevelopmentofbridgestechnology,asacombinationbrid

2、gebetweenthecable-stayedbridgeandcontinuousgirderthatcable-stayedbridgewithLowTowersismoreandmoreapplied,inrecenttenyears.Thisbridgebelongstothelowtowercable-stayedbridgeofpylongirderpierofTwinTowersanddoublecableplane.Extraditedcable-stayedbridgehasmanymechanicalpropertiesareinter

3、mediatebetweenthecontinuousrigidframebridgeandcable-stayedbridge,isbythebeambending,compressionandcabletensiontobearverticalloads.ThisdesignusestheMIDAS/Civilanalysisprogram,providesanalysisofdataforeachpartofthedesigntimely，andoptimizesthecablewhichhaveasurplusvolumeofsafetyfactor

4、.Thegirderstressconditionisfurtherimprovedbyappropriatelyadjustingthecableforce.关键词：有限元分析；矮塔斜拉桥；索力优化Keywords：finiteelementanalysis；lowtowercable-stayedbridge;cableforceoptimization屮图分类号：U448.27文献标识码：A文章编号：1006-4311（2016）03-0083-040引言矮塔斜拉桥是介于斜拉桥和连续梁桥（刚构）之间的过度性桥梁。矮塔斜拉桥正在世界范围内兴起，矮塔斜拉桥

5、最早由法国工程师J.Mathivat于1988年设计法国的ArretDarre高架桥方案时提出。20世纪80年代术90年代初，日本在获得了ArretDarre高架桥方案信息之后对这种桥型作了深入的研究，认为它在技术、经济两方而都有很多优点而积极发展这种桥型。具有代表意义的矮塔斜拉桥为日本的小田原港桥，其于1990年开始设计并于1994年建成，跨径组合为74+122+74=270ra,桥宽19.92_13m。其后在日本得到迅速发展，先后建成了具有代表性的冲原桥、蟹泽大桥、新唐柜大桥、木曾川大桥、揖斐川桥和栗东大桥等，至2004年，在近10年时间内，日本已建成了

6、这种桥梁20多座。桥梁跨度从初期的122m发展至275m,桥宽从13m发展到33m;结构形式多样，由最初的单索妞发展到双索面及三索面（如京川桥）：主梁材料从混凝土发展到钢一混组合粱（如木曾川桥）和波形钢腹板矮塔斜拉桥（如栗东桥）。目前预应力混凝土梁桥，在运营阶段跨中下挠问题突出。矮塔斜拉桥是介于斜拉桥和连续梁桥（刚构）之间的过度性桥梁，矮塔斜拉桥具备连续刚构桥的特点，亦存在主梁下挠的问题，由于斜拉索的作用，矮塔斜拉桥主梁混凝土的收缩徐变宏观表现出的变形量绝对值较小，但对属于高次超静定的矮塔斜拉桥而言，会发生内力重分布，导致主梁弯矩偏大、拉索轴力偏大，降低结构

7、安全储备，影响使用寿命。本文以云南省内某座矮塔斜拉桥为例，详细分析了其力学行为，从拉索、主梁、桥塔刚度出发进行优化分析，为类似的矮塔斜拉桥设计提供技术了一定的参考。1工程概况某矮塔斜拉桥纵断面地形呈V型河谷，全桥处在直线上，桥面纵坡1.5%,桥梁与河谷斜交约30度，路线设计线距谷底最大高度108m，桥梁全长722m。根据桥位处地质、地貌、水、文条件，主桥布置为136+240+136m预应力混凝土变截面矮塔斜拉桥；引桥布置为40mT形连续梁。桥跨布置图见图1。主桥下部构造为承台基础，两岸均为重力式桥台。主墩采用薄壁空心墩，墩高86.5(85.5)。每个承台下面

8、设有16根钻孔灌注桩，桩径2m。桥梁设置1.5%的单