容桂大桥桥塔横桥向厚度拟定及横向受力安全性研究

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1、16世界桥梁2011年第4期容桂大桥桥塔横桥向厚度拟定及横向受力安全性研究金晓宏。付坤(中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北武汉430056)摘要i容桂大桥主桥为主跨254m的独塔单索面混合梁斜拉桥，由于在拟定结构尺寸阶段采用第二类稳定方法计算桥塔横向受力费时费力，提出采用几何非线性分析方法计算结构的P～△效应、采用结构刚度整体折减5O的方式近似等效材料非线性影响的简化方法来计算横向风作用下桥塔的偏心弯矩，以拟定合理的桥塔横桥向厚度及配筋。为验证该方法拟定的结构是否安全，采用第二类稳定方法分析桥

2、塔的安全性，并分析结构参数对桥塔横向受力安全性的影响。结果表明：该简化方法拟定的桥塔横向厚度及配筋较为合理，桥塔第二类稳定系数为2．51，结构安全性稍高于规范要求；在桥塔结构尺寸受限制时提高混凝土的性能、采用较高强度的钢筋可以增加桥塔的安全储备。关键词i斜拉桥；桥塔；单索面；第二类稳定；桥梁设计中图分类号：U448．27；U442文献标志码：A文章编号：1671—7767(2011)04—0016—041概述容桂大桥是广东省佛山市顺德区伦桂路上跨越’容桂水道的一座城市桥梁。该桥主桥为独塔单索面混合梁

3、斜拉桥，采用塔、墩、梁固结体系；桥宽38．5m；主跨采用钢箱梁，跨径为254m；边跨采用混凝．．土箱梁，跨径为(48．2+87．8)m(见图1)。一姆一∞．H一一搿辫卜v．导_【．∞'【．∞．482．87．R．254．单位：m图1容桂大桥主桥总体布置示意丝一L丝一(a)立面(b)路中心线处剖面(c)横桥向剖面单位：Ⅲ2桥塔结构容桂大桥桥塔(见图2)为钢筋混凝土结构(C5O图2桥塔构造示惫钢纤维混凝土)，由塔墩、下塔柱和上塔柱组成。桥为4．5mX9．2m～2．55mX9．2m，顺桥向壁厚1．5塔自塔座

4、以上高174．6m，桥面以上高102m。上m，横桥向壁厚外侧为1．2m、内侧为1．1m。为有塔柱采用变截面矩形空心截面，截面尺寸为6．5m利于塔柱内力向承台过渡，在承台顶设2m高的×4m～9mX4m，内部空腔尺寸为4．8mX2．6塔座。m，顺桥向壁厚0．7m，横桥向壁厚0．7～1．95m；下桥塔上塔柱内设钢锚箱n]，钢锚箱与塔柱混凝塔柱采用变截面实体截面，截面尺寸为6．15mX4土形成钢一混组合结构，共同受力。为防止此区域m'--5mX4m。塔墩为变截面矩形空心截面，截面塔壁混凝土在共同受力时开裂，

5、在侧壁内沿顺桥向尺寸为6．95m×12m～5m×12m，内部空腔尺寸设二次张拉[2j＆。15—3预应力钢束。该钢束沿塔高按收稿日期l2011一O5—09作者筒介：金晓宏(1972一)，女，高级工程师，1993年毕业于武汉水运工程学院公路与城市道路工程专业，工学学士(E-mail．raIier911@gmail．corn)。容桂大桥桥塔横桥向厚度拟定及横向受力安全性研究金晓宏，付坤1750cm间距均匀布置。上、下塔柱间设厚4．0m的性L6]，所得到的结构位移及结构内力均与真实情况混凝土隔板，作为钢锚箱

6、的支撑平台，同时完成上、较为接近，故可用于精确计算桥塔在横向风作用下下塔柱截面的过渡。的偏心弯矩。然而在拟定结构尺寸阶段使用此方法桥塔基础为整体式高桩承台基础，承台尺寸为是费时费力且没有必要的。由于目前大多数计算程30．5m×24m×6m，设置18根2．8m的钻孑L灌序均可方便地实现几何非线性计算，而材料非线性注桩(端承桩)，按梅花形布置。基础采用大直径桩计算则较为繁琐，该桥设计过程中采用整体刚度折基主要是因为受地震力控制。减等效法近似考虑材料非线性。具体的计算方法如下：从整体模型中分离出桥3桥塔横

7、向厚度拟定方法及结果塔(梁单元)，采用几何非线性分析方法计算结构的容桂大桥桥塔横桥向受力实质上表现为独柱式P一△效应；采用结构刚度整体折减5O的方式近桥塔受力特点；另外采用单索面拉索体系，斜拉索无似等效材料非线性的影响；桥塔模型考虑1／3000法提供横桥向稳定力，故桥塔横向稳定性欠佳。为的横向初始倾斜度以模拟施工误差；斜拉索索力的保证桥塔横向受力安全，须增加桥塔横桥向厚度以方向及大小恒定不变地施加于桥塔锚点上；自重及提供足够的刚度。然而由于桥塔置于桥面中央，主斜拉索索力考虑1．2的分项系数、百年横向

8、风考虑桥桥面宽度随桥塔宽度增加而增加。桥塔每增宽11．4的分项系数，并均按非线性工况加载计算。m，主桥造价约增加4(约830万)，故桥塔横桥向利用结构刚度折减的方式近似等效材料非线性厚度不可随意取大值。因此拟定桥塔横向厚度时对的影响基于以下考虑：根据混凝土的应力～应变关桥塔横向受力进行较为精确的分析是非常必要的。系，在混凝土应力小于设计值时，随着混凝土应力的3．1桥塔横向受力计算方法增加弹性模量逐步减小。假定结构的设计目标是当根据全桥整体计算的结果，桥塔控制截面为塔结