不同计算模型下大跨度斜拉桥静动力对比分析.pdf

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1、第1期(总第151期)2011年2月中圄彳威z档CHINAMUNICIPALENGINEE砌NGNo．1(SerialNo．151)Feb．2011DOI：10。3969／j．issn．1004一钙55．2011．01．022不同计算模型下大跨度斜拉桥静动力对比分析江定字1’2。郭健2”．孙炳楠1’2(1．浙江大学建筑工程学院，浙江杭州310058；2．浙江大学宁波理工学院，浙江宁波315100；3．浙江省舟山连岛工程建设指挥部，浙江舟山316000)摘要：以某大跨度跨海斜拉桥为研究对象，介绍了索塔、斜拉索、桥面系和边界条件的有限元建模方法。索塔和斜拉索采用相同的建模方法，桥面系采用r单主

2、梁模型、三丰梁模型及梁板组合模型3种不同的建模方法。列出了该桥梁静力位移、主梁应力状态的计算结果。通过对计算数据的比较，指出r3种有限元模型计算结果的差异，并对造成差异的原因进行了分析。将3种计算模型的前12阶频率与实测频率进行对比，得出采用梁板组合模型的结果更精确，而单主梁模型与三主梁模型的模拟方式在一定意义j：是等效的。关键词：大跨度斜拉桥；钢箱梁：斜拉桥；有限元模型；剪力滞系数中图分类号：U448．27文献标识码：A文章编号：1004—4655(2011)01-0060一041工程背景某座跨海斜拉桥j二部采用77m+218m+620m+218m+77m=l210m五跨半漂浮钢箱梁。主

3、桥采用正交异性板流线形扁平钢箱梁，梁高3．0m(箱内尺寸)，宽30．1m(含风嘴)。钢箱梁标准梁段分为14m和12m2种，内设4道实体式横隔板。14m梁段横隔板间距为3．5m，12m梁段横隔板间距为3m。箱内设纵隔板2道，横向问距为12m。支座及临时墩处采用实腹式纵隔板，其余为桁架式。斜拉索采用平行钢丝斜拉索，全桥共168根斜拉索。索塔为钻石形，采用C50海丁耐久性混凝土。上塔柱高68．5m，中塔柱高92．0m，下塔柱高41．0m。塔柱采用空心箱形断面。图l为大桥柿置图。主航道通航净空为544In×51m，设计通航最高水位为3．28m。图1大桥布置图(cm)2计算模型采用有限元分析软件AN

4、SYS建立上述桥梁的单主梁模型、三主梁模型和梁板组合3种模型。在3种模型的建模过程中，索塔和斜拉索采用相同的建模方法，桥面系所用的建模方法不同。2．1索塔的建模索塔由塔柱和横梁组成，考虑到塔柱为变截面空心箱形断面，采用三维变截面梁单元beam44模拟。收稿日期：2010一lI—09基金项目：国家自然科学基金(50808160)；宁波市自然科学基金(2008A610102)。60在进行单元划分时必须考虑一定的精度，塔柱部分一般按2m进行划分，I．-1n,t在斜拉索和索塔连接处定义节点。在塔柱和横梁连接处，由于采用梁单元抽象和简化实际结构会产生模拟失真，因此将横梁与塔柱用刚性梁连接一J。索塔横

5、梁J二预应力对计算的影响，用在横梁上加等效力的方法予以考虑。每一个塔柱划分了161个单元，横梁划分r6个单元，塔柱和横梁用2个刚性梁单元连接。2个索塔总共划分为338个单元。2．2斜拉索的建模斜拉索采用j维杆单元linkl0模拟。考虑到缆索垂度效应引起的弹性模量折减以及恒载作用下的中I习彳盛暑耵江定宇。郭健。孙炳楠：不同计算模型下大跨度斜拉桥静动力对比分析2011年第‘1期几何刚度，折减后的弹性模疑采用Ernst旧’的等效弹性模餐公式来计算，建霞的有限元模型以弹性模暾折减后的数值为准。斜拉索的考U始应力在有限元模型中被换算成初始应变占，以实常数的形式考虑，即占=o'／gf=7"／(EjA)

6、(I)式中：盯为按成桥索力计箅得出的斜拉索t的初始应力；E为折减后的弹性模睦；T为斜拉索上的成桥索力；A为斜拉索截面面积。以成桥索力来修iE计算模型的施加索力"一】。将成桥索力以初臆变的形式加剑斜拉索上，加一I：恒载并计算。将斜拉索索力的计算值与成桥索力进行对比；若误差过大，则需要修正斜拉索仞应变，重新计算直至误差在允许的范围内。1)单主梁模型的计箅结果：除少数儿根索的误差>5％外，其他索的误差都在5％以内，最大误差为6．46％。2)三主梁模型的计算结果：误差最大为6．25％，与单主梁模型饪

7、比。模拟计算值与实际索力的误差更小。3)梁板组合模型的计算结果：最大误差为6．35％，同样的，只有

8、儿根索的洪差>5％，其他索的误差均在5％以内。2．3桥面系的建模1)在单主梁模型中，主梁动力模型坐标轴原则上=应通过断面的士{f转中心，因为此时断面的转动惯鞋才是针对扭转中心的。但考虑剑本桥的主梁比较扁平，宽高比为IO(>7)．将毛梁的坐标轴设在重心处不会引起明显的误差，特别足闭II断面，重心和扭转中心的距离较小，造成的洪羞翅小。每根斜拉索由1个横向刚臂和1个竖向刚臂与主梁棚连。使斜拉索与主梁的连接处于实际位置。主梁采用