悬索桥主索鞍顶推模拟方法及实例分析

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1、公路２０１２年１２月第１２期ＨＩＧＨＷＡＹＤｅｃ．２０１２Ｎｏ．１２文章编号：０４５１－０７１２（２０１２）１２－００４８－０４中图分类号：Ｕ４４３．３８文献标识码：Ｂ悬索桥主索鞍顶推模拟方法及实例分析黎志忠，蒋劲松，林智敏（四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院成都市６１００４１）摘要：提出一种可用于通用有限元程序的索鞍顶推精细化模拟方法，实现了索鞍偏心竖向荷载传递，索鞍顶推期间相对位移控制以及索鞍锁定期间水平力传递，也可以模拟主缆和索鞍切点变化。以柳州双拥大桥为工程实例，首先对比了不同索鞍模型对主缆线形和索鞍预偏量的影响；随后指出索鞍顶推实质是控制塔顶位移，并给出了一种索鞍顶推时

2、序。最后指出在空缆状态下主缆在索鞍端部存在局部脱空趋势，采用本文推荐的模拟方法能预测和避免不合理设计。关键词：悬索桥；主索鞍；顶推分析；有限元模型广西柳州双拥大桥是世界上最大跨度的单主缆根据ＩＰ点建模计算的成桥线形误差很小，但施斜吊杆地锚式公路悬索桥。主桥设计跨径组合为工阶段误差不可忽略。文献［６］给出了主索鞍处４０ｍ＋４３０ｍ＋４０ｍ，桥面设双向６车道、非机动车顶推装置模拟示意图，但采用主缆ＩＰ点建模得道和人行道，主桥全宽３８ｍ。主缆和主梁同步施到的计算结果实际上会存在一定偏差。文献［７］工。在主梁顶推合龙后，开始从主塔向跨中方向依给出了索鞍曲线段模型示意图，但未完整给出索次进行吊

3、索张拉体系转换工序，最后实施桥面系。鞍顶推精细化模拟全部细节。文献［８］提出索鞍主索鞍体采用铸件，鞍体和格栅在水平方向设拉杆，可控自由滑移方法。此外主索鞍主缆在索鞍曲鞍体下设不锈钢板一聚四氟乙烯板滑动副，如图１线段受力较为复杂，空缆状态下主缆在索鞍上的所示。切点可能发生变化，即跨中侧主缆存在局部脱离索鞍的趋势。本文从分析索鞍的受力特性出发，提出了一种可用于通用有限元程序模拟索鞍顶推全过程的精细化模拟方法。１索鞍精细化模拟方法索鞍顶推实质是通过主缆跨度的改变来改变索塔两侧主缆的内力以及主缆的水平倾角，从而消除或减小两侧主缆的不平衡水平力。顶推时鞍座的绝对移动量很小，主要是塔顶向锚碇方向

4、的移动，顶推量是两者相对距离的减小量。一般模图１双拥大桥主索鞍拟方法：采用解除纵向约束、加一对水平荷载的方式实现索鞍顶推模拟，随后又激活纵向约束实现索鞍的模拟计算较为复杂。文献［１］，［２］考虑索鞍锁定模拟。所加顶推荷载值需要通过求解各了索鞍模拟，但均为作者编制专用程序，未给出详细顶推时段主缆刚度和索塔水平刚度比值来试算确方法。文献［３］采用组合凝聚单元用于索鞍模拟，不定，颇为繁琐。便用于通用有限元软件。文献［４］采用修改索鞍和本文从基本概念出发，研究了索鞍结构力学模塔顶节点坐标的方式模拟相对位置，期间需要多次型的处理方式，如图２所示。约束和放松索鞍和塔顶之间的连接。文献［５］指出收

5、稿日期：２０１２－０６－０４２０１２年第１２期黎志忠等：悬索桥主索鞍顶推模拟方法及实例分析—４９—（３）通过两组竖向连接和水平刚性连杆实现索鞍在施工阶段全过程模拟，即索鞍偏心竖向荷载传递，索鞍顶推期间相对位移控制以及索鞍锁定期间水平力传递。２对主缆线形和索鞍预偏量的影响通过对比四个模型的计算结果，探明了索鞍模拟方法对计算精度的影响程度，见表１。模型Ｂ和图２索鞍精细化模拟示意Ｃ直接采用成桥状态主缆ＩＰ点建模，模型Ａ和Ｄ考虑主缆在索鞍上实际曲线段。表１列出了是否考（１）索鞍和主缆在索鞍曲线径向设置弹性连接，虑主缆在索鞍部位实际曲线和塔压缩量两个因素分当弹性连接内力为拉力时钝化该连接，可以

6、考察主别对空缆跨中位移和索鞍预偏量的影响程度。从缆和索鞍切点变化和索鞍受力变化。表１中数据可见，塔压缩量对空缆跨中标高影响量（２）对于设锁定拉杆的滑动式索鞍，通过设置水为０．０６ｍ，对索鞍预偏量影响值为０．０１ｍ；索鞍曲平刚性连杆，两端分别连接索鞍和主塔，通过降温方线对空缆跨中标高影响量为０．１８６ｍ，对索鞍预偏式改变杆长实现索鞍在主塔顶的分阶段相对移动；刚量影响值为０．０１８ｍ。性连杆的刚度比主缆系统水平刚度大３～４个数量对空缆跨中标高影响程度而言，直接采用ＩＰ点级，其降温作用产生的杆长变化约等于其自由伸缩建模得到结果偏差最大，不考虑塔压缩量因素次之，量。这样一来，顶推时可控制位移

7、，非顶推时可实现两者都超过了主缆矢高施工控制精度要求。因此有锁定，同时可查看连杆内力。对于可控自由滑动的必要考虑索鞍曲线和塔压缩量才能得到准确的空缆顶推方案，通过判断拉杆力若大于索鞍静摩擦起动，标高和索鞍预偏量，本文推荐采用模型Ｄ。则将拉杆单元钝化，索鞍移动后再将其激活。表１不同索鞍模型计算对比索鞍曲塔压缩空缆跨索鞍预偏塔压缩量的影响索鞍曲线的影响单个因素对模型线因素量因素中ＤＺ／ｍ量ＤＸ／ｍ空缆跨中标高索鞍预偏量空缆跨中标高索鞍预偏量比说明Ａ考虑不考虑５