三塔悬索桥不同结构体系对结构静动力行为的影响

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1、三塔悬索桥不同结构体系对结构静动力行为的影响司义德，逢焕平，王建国39三塔悬索桥不同结构体系对结构静动力行为的影响司义德1，逄焕平2，王建国2(1．青岛市市政工程设计研究院有限责任公司，山东青岛266071；2．合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥230009)摘要：大跨径三塔悬索桥是一种新的结构形式，不同的约束形式对结构的内力与变形有一定的影响。采用有限元软件建立某三塔悬索桥有限元空间模型，对结构在不同的纵向约束和竖向约束体系下的静动力影响进行研究和对比。结果表明：纵向约束适宜仅设置在中塔处，在主缆与加劲梁间设置刚性中央扣需谨

2、慎设计，也没有必要在三塔处均设置纵向约束；竖向约束在加劲梁能满足应力要求时，适宜采用连续加劲梁在中塔处固结的结构形式；在加劲梁设计受限时，不宜在中塔处设置竖向约束。关键词：三塔悬索桥；结构体系；约束条件；静动力分析；有限元法中图分类号：U448．25文献标志码：A文章编号：1671—7767(2010)04—0039—041前言大跨径三塔悬索桥是一种新的结构形式，不同的约束形式对结构的内力与变形有一定的影响。某三塔双跨悬索桥主缆跨度为(3604-10804-10804-图1结构3D离散图360)m，两主缆中心间距35m，3座桥塔高度

3、均为桥塔问设置纵向约束或设置中央扣将主缆与加劲梁178．8m。2座边塔采用H形混凝土塔，中塔采用在跨中连接来进行纵向约束。本节以全桥纵漂体系H形钢一混凝土叠合塔，均为变截面塔，其刚度对为基本模型，分别研究在公路一工级汽车活载(考虑于三塔悬索桥受力尤为关键[1~4]。加劲梁为大节段了其纵、横向折减以及动力冲击效应)作用下(全桥连续钢箱梁。本文采用有限元法建立不同结构体系对称加载)加劲梁在中塔处不约束(全桥纵漂)、弹性的三塔悬索桥有限元模型，研究了结构在不同的纵约束、刚性约束和在3座桥塔处均设置纵向刚性约向、竖向约束体系下的静动力影响，

4、分析了索、梁、墩束(三塔约束)以及在中塔处设置纵向刚性约束的同及塔之间的不同相互连接关系对结构性能的影响。时在跨中设置刚性中央扣将加劲梁与主缆在跨中刚性连接(设置中央扣)这5种不同工况下加劲梁、中2有限元模型塔受力与变形以及主缆轴力、抗滑安全系数的变化，本文采用有限元软件MIDAS／Civil2006建立主要结果见表1。其中弹性约束的实施是用与吊杆了该桥三维空间“鱼骨梁”有限元模型(见图1)，主相同材料的弹性索将加劲梁与中塔下横梁连接起缆和吊杆离散为具有初始几何刚度的空间缆索单来[6]，并施加lO000kN的初拉力；刚性约束则是元，

5、考虑了其几何非线性影响；加劲梁和桥塔离散为在中塔处设置限位刚性挡块来约束加劲梁纵向空间梁单元口]。模型基本边界条件为：桥塔底和主位移。缆锚固处采用固结约束，边塔处约束加劲梁竖向、横从表1可见，加劲梁与中塔问设置纵向约束，均向和绕顺桥向扭转3个自由度，中塔处不作约束，采可有效改善中塔受力和变形以及加劲梁挠度，极大取全桥纵漂体系，其它边界条件随不同结构体系关地限制了加劲梁纵向位移，提高了主缆抗滑安全系键参数的选取分别添加。数，而同时对加劲梁中塔处最大弯矩基本没有影响。虽然刚性约束比弹性约束的有利效应更大，但同时3不同结构体系下的活载静力

6、影响对加劲梁轴力增大作用也一样突出，将加大加劲梁3．1加劲梁不同纵向约束体系下的活载影响设计难度。三塔处均设置纵向刚性约束与仅在中塔为控制三塔悬索桥的整体变形，常在加劲梁与处设置纵向刚性约束的有利效应基本相当，故没有收稿13期：20lO02—02作者简介：司义德(1985一)，男，2007年毕业于合肥工业大学土木工程专业，工学学士，2010年毕业于合肥工业大学市政工程专业，工学硕士(Email：saidkid@163．com)。40世界桥梁2010年第4期全桥纵漂弹性约束刚性约束三塔约束设置中央扣必要三塔均设置纵向刚性约束。所以对三

7、塔悬索3．2加劲梁不同竖向约束体系下的活载影响桥，仅在中塔处设置纵向弹性或刚性约束效果明显，悬索桥常见的竖向约束方式主要有4种：在中是一种可行、有效和经济的方案。泰州长江公路大桥塔处设置0号吊索，将连续加劲梁于中塔处铰接，在初步设计中主梁与中塔间就设置了纵向弹性约束口]。中塔桥墩处设置竖向约束支座和采取塔、梁、墩固结如果在中塔设置纵向刚性约束的同时在跨中设方式。以中塔处施加纵向刚性约束但不施加竖向约置刚性中央扣，可以极大地改善中塔受力与变形，提束为比较模型，研究不同竖向约束体系下活载静力高主缆抗滑安全系数，同时对加劲梁的位移限制作影

8、响，探讨三塔悬索桥竖向位移约束的合理方案，主用也很明显，但会导致两中央扣之间的加劲梁产生要结果见表2。其中，设置0号吊索为采用与吊杆很大轴力，并使刚性中央扣处加劲梁产生巨大弯矩相同材料的弹性索在中塔中心线处连接中塔与加劲(见图2、图3