系梁设置对高墩大跨径矮塔斜拉桥稳定性影响

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1、系梁设置对高墩大跨径矮塔斜拉桥稳定性影响中图分类号：U4文献标识码：A文章编号：1007-0745(2012)12-0200-02摘要：以桥梁结构稳定性理论为基础，以高墩大跨径矮塔斜拉桥稳定性为对象，利用有限元对其在施工阶段及成桥阶段结构的稳定性进行分析，计算了不同系梁形式、不同系梁个数的矮塔斜拉桥的稳定性系数。对计算结果进行分析，总结出高墩大跨径矮塔斜拉桥在设计及施工稳定性与系梁设置的关系。关键词：桥梁工程高墩大跨系梁失稳模态稳定性系数0、引言随着我国公路建设的蓬勃发展，桥梁建设进入了前所未有的高峰时期。受地形、

2、地貌的限制，高墩大跨径矮塔斜拉桥以其结构轻盈、造价低廉、适应性强等优势，近年来在我国西部沟壑地区得到较快的应用。其突出特点是顺桥向桥墩刚度小，能够有效减小上部结构的内力，同时减小温度荷载、收缩徐变、地震力的影响，随着桥墩高度的不断增加，桥梁稳定性分析就必不可少，本文以高墩作为研究对象，分析在空心墩中设置一定数量的系梁对桥梁结构稳定性的影响，为此类桥梁的设计和施工提供一定的参考依据。1、基本原理稳定问题分为两大类，第一类是欧拉稳定问题，第二类是极值稳定问题。第一类稳定问题求特征值，即稳定性系数,它的临界荷载有近似代表

3、着第二类稳定问题的上限。第二类稳定问题主要由强度条件控制，满足稳定性要求同时，还要满足强度要求。实际工程中的稳定问题一般表现为第二类稳定，但是，由于解第一类稳定问题的特征值比较方便，在许多情况下两类问题的临界值又相差不大，因此研究第一类稳定问题仍有着重要的工程意义。求解结构弹性稳定问题的实质是求结构在给定荷载作用下的一种失稳状体，确定临界荷载和相应的屈曲形态。对于简单结构，可以用结构力学或弹性力学方法；但对于复杂结构，用解析法很难得到其临界荷载，采用有限元法可以得到较好的结果。结构在初始平衡状态有限元表达式为：{［

4、Ke］+［Kg］}{u}={F}(1)式中：［Ke］为结构弹性刚度矩阵；［Kg］为结构刚度矩阵;

5、(4)只有当丨[Ke]+入[Kg]}

6、=0时，任何扰动(Au}下都满足式(4)o这就将稳定性问题归结为求解一个特征值问题。特征值Xi.特征向量(Au}i(i=l,2,…，n)分别为个阶特征值的大小和相应的失稳模态。在实际工程中，只有最小的特征值才有实际意义，这时的特征值为入cr,临界荷载为Xcr{F}o对于高墩大跨径桥梁稳定性包括施工阶段高墩自身稳定性、主梁悬浇阶段的稳定性及成桥阶段稳定性，其中施工阶段中最大悬臂阶段结构稳定性最差。因此，研究施工最大悬臂阶段和成桥阶段稳定性具有代表意义。2、工程概况本文以某初步设计

7、的三跨矮塔斜拉桥为计算模型，跨径布置为(95+180+95)m预应力混凝土矮塔斜拉桥。主梁采用单箱双室变截面预应力混凝土连续箱梁，箱梁顶板宽16.0m,底板宽12.0m,支点梁高6.Om,跨中梁高3.Om,梁高由跨中向墩顶按1.8次抛物线规律变化，主梁采用C55混凝土。主塔采用双柱式桥塔，塔高35.Om,截面为实心矩形断面，顺桥向长5.0m,横桥向宽2.Om,桥塔采用C50混凝土。斜拉索横桥向每塔采用单索面扇形布置，拉索在梁上间距为6.Om,塔上间距为1.0m,单塔拉索单侧9根，全桥共36对,拉索采用钢绞线。桥墩采

8、用双肢薄壁空心墩，墩高135m和140m,顺桥向双肢中心间距7.Om,单肢墩顶顺桥向宽3.0m,横桥向宽4.Om,顺桥向尺寸由墩顶向下按100：1比例放坡,桥墩采用C40混凝土。3、有限元分析计算采用空间杆系有限元程序MidasCiv订2011进行。全桥共划分为450个单元，467个节点，其中主梁单元、主塔单元和主墩单元采用梁单元，拉索采用桁架单元。有限元计算模型如图3所示：4、稳定性分析分别对施工最不利阶段（最大悬臂阶段）和成桥阶段桥墩布置一道纵向系粱、一道横向系梁、一道纵向系梁与一道横向相组合、两道纵向系梁、两

9、道横向系梁、两道纵梁与两道横向系梁相组合对该桥稳定性进行研究。4.1最大悬臂阶段稳定性分析最大悬臂阶段不同桥墩系梁布置对该桥整体稳定性计算结果如表1所示：横向系梁稳定系数通过上述分析可知，最大悬臂阶段桥梁为顺桥向及横桥向两种失稳模态；由稳定性分析图4〜图5可知横向系梁对结构的稳定性贡献值与纵向系梁对最大悬臂阶段结构的稳定性贡献值都较大，横向系粱与纵向系梁组合