自锚式悬索桥的空间分析及其试验研究.pdf

《自锚式悬索桥的空间分析及其试验研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第1期(总第144期)2010年2月中圄千盛暑柱CHlNAMUNICIPALENGINEERINGNo．1(serialNo．144)Feb．2010自锚式悬索桥的空问分析及其试验研究朱磊1，项贻强1，郑江敏2，唐国斌1，吴孙尧1(1．浙江大学土木工程系。浙江杭州310058；2．江山市市政工程管理处，浙江江山324100)摘要：以江山北关自锚式悬索桥为例，利用有限元软件建盘了自锚式悬索桥空间分析模型．分别考虑了恒载静力作用、主缆吊杆初始张拉力及几何非线性对其静力特性的影响。通过分析计算。给出了这些因索对该桥静力特性的影响规律

2、。然后，通过典型的实桥静载试验研究来验证理论分析。从加劲梁、主缆挠度与索塔水平偏位，加劲梁与索塔应变．吊杆索力等几方面的对比，表明理论计算值和实测值吻合较好．北火大桥的刚度和强度满足规范要求。关键词：自锚式悬索桥；初始平衡状态：初始张拉力；有限元法；静载试验中图分类号：U448．25文献标识码：A文章编号：1004—4655(2010)01一0018—031915年．德国设计师在科隆的莱茵河上建造了第一座大型自锚式悬索桥——科隆．迪兹桥．自锚式悬索桥保持了传统地锚式悬索桥桥型优美轻便的优点．又具有主缆直接锚同在加劲梁梁端的特点

3、．节省了庞大的锚碇结构。自锚式悬索桥具有不同于传统的地锚式悬索桥的独特特点．相应的分析理论也有其特性．但国内外对其所做的理论研究都很有限。本文以江山北关大桥为背景．采用大型有限元软件建立空间模型。分别考察和分析了自重恒载作用、几何非线性效应及主缆吊杆的初拉力对该桥静动力特性的影响，同时进行实桥的静载试验研究。通过实测值与理论值的比较。为自锚式悬索桥进一步的静力研究和设计、施工及运营管理提供了参考。1桥梁概况北关大桥⋯主桥采用跨径为40m+118m+40m的自锚式悬索桥，桥宽24m，主缆线型呈抛物线型。主跨矢跨比1，7。主缆横向

4、问距为16m．两端用冷铸锚锚同体系锚固于加劲梁端横梁内。吊杆纵向基本间距5．Om．在中跨索塔处间距为6．5m。吊杆上端与索夹采用叉耳板销接．下端锚固于加劲梁横梁内．从梁底张拉。设计荷载为城一A级。主梁为现浇混凝土格子梁体系，共4道纵梁．每个塔柱两侧各设l根纵梁。纵梁为实体端面。横梁纵向基本间距为5m。与吊杆一一对应。全桥共计36道。主桥两端设强大的端横梁用于锚固主缆并作为压重(如图l所示)。卅喻mm一，I们佣忭卜L—j虻——L———————上L————一一Ja)主桥立而图1北关大桥总体布置图(m)2空间有限元建模自锚式悬索桥构

5、造复杂．恒载与活载主要由主缆和加劲梁共同承受。加劲梁的受力类似于小跨度的弹性支承连续梁。要准确分析桥梁的受力行为只能采用收稿日期：2009—10—28第一作者简介：朱磊(1986一)，男，浙江平湖人，浙江大学桥梁与隧道工程硕士研究生．主要研究方向为桥梁健康监测评估管理。18r／r—J厂2413r。————一—～、中回千丛=张朱磊，项贻强，郑江敏，等：自锚式悬索桥的空间分析及其试验研究2010年第1期度耦合，纵向不约束。全桥有限元模型如图2所示。图2北关大桥空间有限元模型3静力特性分析3．1静力分析理论悬索桥在竖直荷载下的分析方

6、法是悬索桥设计计算中重要的内容。也是主要构件设计的最重要依据。用于悬索桥分析的3种方法分别为弹性理论、挠度理论和有限位移理论。弹性理论不考虑恒载产生的初内力和几何非线性．主缆无弯曲刚度．适用于200m以下的悬索桥：挠度理论考虑恒载产生的初内力的影响。假定缆索和加劲梁在活载作朋下只有竖向变形：有限位移理论将主缆、吊杆、索塔、主梁等全部考虑在内，能考虑非线性的影响和任意边界条件【2】。弹性理论中．加劲梁中任一点的弯矩M=M’一竹(1)式中：M7为等效简支梁的活载弯矩：^为活载引起的主缆水平分力；y为主缆在恒载作川下的纵坐标⋯。弹性

7、理论简化的结构具有线弹性性质．叠加原理适用。挠度理论在弹性理论的基础上进行改进．考虑主缆的作用．此时肘=肘’一矗，，一(日+尼)秽(2)式中：(日“)为由活载和恒载产生的主缆水平分力：秽为活载作用下的主缆和主梁共同的挠度⋯。由于主梁承担缆索的全部水平力．主梁中的轴向力为(日+^)，假设主梁最初是水平的．那么轴向力产生的附加弯矩为(日+^)秽。把这项加到式(2)中，可以得到式(1)。可见，对于自锚式悬索桥，弹性理论与挠度理论的结果一致。3．2初始平衡状态分析自锚式悬索桥在恒载作用下．主缆承受巨大的轴向拉力而具有了抵抗变形的能力。

8、这种能力通常被称为重力刚度⋯。悬索桥与一般中小跨径桥梁的区别就是悬索桥的自重和大部分的施I：荷载主要是由主缆来承担。对主缆张力的研究结果认为主缆承受的80％以上的轴力是由恒载产生的。悬索桥在加劲梁的自重作用下产生变形后达到平衡状态．在满足设计要求的垂度和跨径条件下．计算主缆的