三塔结合梁斜拉桥空间有限元模型对比分析.pdf

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1、第28卷第3期土木工程与管理学报Vo1．28No．32011年9月JournalofCivilEngineeringandManagementSep．201I三塔结合梁斜拉桥空间有限元模型对比分析刘沐宇，聂俊青(武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室，湖北武汉430070)摘要：斜拉桥复杂的超静定结构形式增加了其结构分析的难度，模型分析结果与实际结构测量结果之间总是存在一定的误差。传统的建模方法是对主塔、斜拉索和主梁进行大量的简化，用梁单元和杆单元来建立平面或空间的杆系模型，误差较大。本文针对武汉二七长江大桥，通过ANSYS有限元软件，采用空间板壳和实体单元与梁

2、单元相结合，建立其精细化空间有限元模型，分析该桥的空间内力分布及变形特征，同时建立其简化单主梁模型进行对比分析，分析结果表明，精细化有限元模型不仅能更为准确的模拟实桥的空间受力状态，给出主梁各处沿横向的位移及内力分布，并且能实现准确的实桥运营阶段结构分析，本文分析结果对该类大跨径桥梁具有一定的借鉴作用。关键词：斜拉桥；超静定；精细化；单主梁；有限元模型中图分类号：U448．27文献标识码：A文章编号：2095-0985(2011)03-0164-05近l0年来，斜拉桥以其独特的结构形式和优化有限元模型不仅能更为准确的模拟实桥的空间美的外观取得了飞速的发展，结合梁斜拉桥更

3、是受力状态，给出主梁各处沿横向的位移及内力分因其充分发挥了混凝土的抗压性能和钢材抗拉性布，并且能实现准确的实桥运营阶段结构分析。能、自重轻、跨越能力大及施工便捷等优点而受到本文的分析结果对该类大跨径桥梁具有一定的借桥梁工程界的青睐⋯。鉴作用。斜拉桥是由桥塔、加劲梁和斜拉索构成的高次超静定结构，其特点是从索塔上用若干斜拉索1工程概况将梁吊起，使主梁在跨内增加了若干弹性支点，从而降低主梁截面弯矩，减轻自重，提高了梁的跨越武汉二七长江大桥采用三塔双索面结合梁斜能力。然而正是由于其复杂的超静定结构形式增拉桥，结构体系为半漂浮体系，墩塔固结，中塔采加了结构分析的难度J，模型分析结

4、果与实际结用塔梁铰接，边塔竖向支承。跨径组成为90m+构测量结果之间总是存在一定的误差J。传统160m+616m+616m+160m+90In，全桥长的建模方法是对主塔、斜拉索和主梁进行大量的1732m。简化，用梁单元和杆单元来建立平面或空间的杆主梁汉口及武昌岸90m边跨采用混凝土梁，系模型，常用到的模型有单主梁模型r7_、n形以增加梁体自重，避免边墩和辅助墩出现负反力，其模型、双主梁模型和三主梁模型，还有后来发余部分梁段为工字钢结合梁。主梁横断面图如下：展起来的空间梁板单元组合模型。结合梁两钢主梁横桥向中心距为30．5m，每在建的武汉市二七长江大桥，采用主跨为片主梁断

5、面均为腹板外侧布置有两条纵向加劲肋616米的三塔结合梁斜拉桥结构形式，是目前跨的“工”字型截面，钢横梁也采用“工”字型，间距度最大的三塔结合梁斜拉桥。本文通过ANSYS4．5m；混凝土梁采用等高度预应力混凝土双肋梁有限元软件，采用空间板壳和实体单元与梁单元肋板式断面，横梁间距4m，横梁厚0．4m。相结合，建立其精细化空间有限元模型，分析该桥主塔为钢筋混凝土结构，由下、中、上塔柱及的空间内力分布及变形特征，同时建立该桥的简下横梁四部分组成。两个边塔尺寸完全相同，中化单主梁模型进行对比分析，分析结果表明，精细塔较边塔加大了尺寸以增加刚度。收稿日期：2011436-28作者简

6、介：刘沐宇(1963-)，男，江苏滨海人，教授，博士，研究方向为桥梁工程(E—mail：liumuyu@public．wh．hb．cn)基金项目：武汉市科技攻关项目(201160923308)，武汉市建设科技项目(200923)第3期刘沐宇等：三塔结合梁斜拉桥空间有限元模型对比分析·165·1402251200．．1200225l409厘米沥青混凝土铺装臣，鱼j／虽I厂＼i堑主：垡．。罱图l主梁横断面图斜拉索采用平行钢绞线拉索，上端锚固于上共计132个单元。塔柱上，下端锚固于主梁锚拉板上。全桥共计边界条件为主塔承台连接处设为固结；主梁132对斜拉索，结合梁上标准索距为1

7、3．5m，混凝上的双支座简化为桥梁中心线处的单支座，中塔土梁索距为8．0m，塔柱索距为21×2m。处约束主梁X，y，z三个方向的线位移，边塔只约束y方向线位移，各桥墩处约束主梁Y，z两个方2模型建立向的线位移。2．1模型1——单主梁模型的建立表1各构件材料参数主梁以桥梁中心线上的单主梁模拟。结合梁段将桥面板和工字钢分为上下两个主梁，桥面板按照实际的截面输入，钢主梁则将两个主工字钢和小纵梁合成一个大工字钢的形式，保证截面形图2模型1全桥模型心位置和刚度不变，截面面积的变化以改变钢主Y梁密度的方法使自重不变；上下主梁通过耦合自由度的方法模拟剪