多塔斜拉桥力学特性分析

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1、40世界桥梁2014，42(1)多塔斜拉桥力学特性分析李忠三，雷俊卿，林道锦。(1．北京交通大学土木建筑工程学院，北京100044；2．中交公路规划设计院有限公司，北京100088)摘要：为了研究多塔斜拉桥的力学行为特性，以嘉绍大桥结构参数为基本参数，采用有限元软件建立了双塔至六塔斜拉桥模型，计算分析多塔斜拉桥在公路～I级汽车荷载作用下随着桥塔数量的增加，主梁跨中挠度、塔顶水平位移及塔底弯矩的变化规律，并分析了桥塔与主梁刚度以及桥梁结构体系对多塔斜拉桥整体刚度的影响。结果表明：多塔斜拉桥随着塔数的增加，主梁跨中挠度显著增加，塔顶水平位移不断递增，塔底弯矩变化较小；提高

2、桥塔刚度可直接改善多塔斜拉桥结构整体刚度，采用塔梁固结体系也可有效解决主梁竖向刚度问题，同时可减小中间塔塔底的活载弯矩。关键词：桥梁工程；多塔斜拉桥；桥塔；挠度；刚度；结构体系中图分类号：U448．27文献标志码：A文章编号：1671—7767(2014)01—0040～051前言2有限元计算分析多塔斜拉桥是最近几十年在常规斜拉桥基础上桥梁结构因恒载产生的内力和变形一般可以通发展出来的新桥型，在宽阔的江河、海峡上修建桥过设置预拱度、调节索力的方式加以改善，但是在斜梁，需要较大跨越能力时，多塔斜拉桥成为经济和技拉桥进入运营阶段以后，活载是作用在结构上的主术上可行的一种选

3、择方案。但与双塔斜拉桥相比，要荷载，且活载作用的位置会随时改变，从而导致桥多塔斜拉桥的中间塔没有设置端锚索控制偏位，两梁变形也随之改变，为了控制活载作用下的结构变侧也没有辅助墩，从而减弱了结构的整体刚度，导致形，一般只能通过提高结构的整体刚度来适当控制，斜拉桥的柔性较大，主梁在活载作用下的位移明显而无法完全消除。对于多塔斜拉桥而言，恒载作用增大。因此在多塔斜拉桥结构体系中，斜拉索对结下的中间塔并不会发生偏位，其力学行为与双塔斜构整体刚度贡献较小，主要靠主梁和桥塔的刚度来拉桥类似l_2]，所以本文在对多塔斜拉桥进行计算分发挥作用，在结构行为上与双塔斜拉桥有着明显的析时，

4、只分析结构在公路一工级汽车荷载作用下的区别。多塔斜拉桥的核心问题是如何控制结构在活力学特性。载作用下的位移，而如何控制中间塔的变位又是重2．1计算模型点需要解决的环节I1]。为研究多塔斜拉桥与双塔斜拉桥力学行为的区针对多塔斜拉桥的力学特性问题，很多学者已别，以在建的六塔斜拉桥嘉绍大桥的结构参数为基经进行了一些研究l_1叫]，但多集中于分析设置加劲本参数，采用大型通用有限元软件MIDASCivil，分索以及增设辅助墩等改变结构布置来提高结构刚别建立主跨为428m的双塔至六塔斜拉桥模型(见度，对于多塔斜拉桥桥塔刚度适宜性的选择及结构图1)进行研究。体系的选择对刚度的影响，

5、还很少涉及。为深入了在建立模型时，所有模型的主梁、桥塔、墩和斜解多塔斜拉桥的结构性能，本文分析了多塔斜拉桥拉索等构件的材料、截面型式和几何尺寸均相同，各中间塔的受力特点和存在的问题，并重点研究了改模型均为飘浮体系，塔、梁和墩采用梁单元模拟、斜善多塔斜拉桥中间塔受力的2种措施，一是采用大拉索采用桁架单元模拟。荷载为公路一工级汽车荷刚度桥塔；二是合理采用塔梁结构体系，并对这2种载，所有模型均为双向8车道布置，横向折减系数取措施的适用性进行研究。0．5，纵向折减系数取0．96，并考虑1．15的偏载系数。收稿日期：2013—08—09基金项目：国家自然基金资助项目(5l178

6、042)作者简介：李忠三(1985一)，男，2007年毕业于长沙理工大学桥梁与隧道工程专业，工学学士，201o年毕业于长沙理工大学桥梁与隧道工程专业，工学硕士(E-mail：lzhs0126@sina．corn)。多塔斜拉桥力学特性分析李忠三，雷俊卿，林道锦41一⋯⋯(a)双塔斜拉桥(b)三塔斜拉桥(c)四塔斜拉桥(d)五塔斜拉桥(e)六塔斜拉桥图1斜拉桥模型2．2计算结果分析表2活载作用下塔顶水平位移对于斜拉桥，一般比较关注其在活载作用下的主梁挠度、桥塔弯矩、塔顶水平位移等力学特性，因此从这几方面来对比分析常规的双塔斜拉桥与多塔斜拉桥之间的力学行为差别。因为采用的桥

7、梁模型结构顺桥向均为对称布置，所以分析时仅取梁端到跨中一半结构对比分析其在活载作用下的力学行为。表1～表3为多塔斜拉桥在公路一I级汽车荷载作用下主梁跨中挠度、塔顶水平位移和塔底弯矩，其中，跨中挠度指主梁在中跨跨中处位移，塔顶水平位移和塔底弯矩指中间塔位置。表1活载作用下跨中挠度注：塔顶水平位移值取向跨中侧为正；T,a为各塔顶水平位移值；i为塔数。由表1可以看出，当结构参数一致时，在公路一工级汽车荷载作用下，主跨为428m的双塔斜拉桥跨中挠度为0．61m，挠跨比为L／701，满足《公路斜拉桥设计细则》(JTG／TD65—01—2007)规定的挠跨比小于