南京青奥景观桥钢与混凝土混合塔受力分析.pdf

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1、一一⋯一◎南京青奥景观桥钢与混凝土混合塔受力分析汪蕊蕊，韩大章，周彦锋(中设设计集团股份有限公司，江苏南京210014)摘要：南京青奥景观桥为主跨270m的空间索面钢箱梁斜拉桥，采用向岸侧倾斜35。的椭圆形混合桥塔，在桥面以下两塔柱间设置一道钢横梁。受景观要求和设计洪水位限制，钢一混凝土结合面位置选择存在局限性，截面弯矩较轴力大，构造复杂。为确保桥塔受力合理，分别建立全桥空间杆系、全塔空间实体一板壳有限元计算模型，对比分析混合塔受力机理，研究结合段传力。研究表明，复杂混合结构可以建立考虑钢一混凝土相对滑移和接触的空间实体一板壳有限元模型，结合空间杆系进行计算分析；结果显示，该桥

2、混合塔设计合理，造型优美。关键词：景观桥；混合塔；结合段；空间杆系；空间实体板壳0引言南京青奥景观桥为跨径270m的双塔空间双索面钢箱梁斜拉桥，采用纵向漂浮支撑体系。索塔采用椭圆形，向岸侧倾斜35。，塔底标高2．5m，塔顶标高85．om，塔斜向高102．464m。索塔顺桥向宽度5m，横桥向宽度由塔顶的6．2m渐变至塔中部的4．6m，再渐变至塔根的9．766m，塔柱采用六边形断面。下塔柱设计成实心混凝土断面，上塔柱采用钢箱断面。索塔在主梁底设一道钢结构下横梁，横梁采用六边形箱形断面，高度由中部2．4m曲线变化至根部3．5m。该桥于2014年南京青奥会举办前建成，图1为实景照。图l

3、南京青奥景观桥混合塔斜拉桥合理利用钢与混凝土两种材料，形成较好的主塔结构受力体系。结合段是上部钢塔柱与下部混凝土塔柱连接成整体共同受力、协调变形的关键部位，是异种材料的结合，其构造及受力均较为复杂r1]。该桥混合塔为倾斜椭圆形，使得结合段受力更为不利，构造更趋复杂，本文分别建立全桥空间杆系与全塔空间实体一板壳有限元计算模型，分析结合段的构造特点与受力机理。收稿日期：20l7一08—291结合段位置选取索塔结合段位置选择存在局限性，若将结合段设置在下横梁以上，由于索塔向岸侧倾斜35。，则混凝土下横梁约10000kN的自重将在塔根产生150000kN·m的顺桥向弯矩，对结构受力不利

4、；考虑到钢结构耐久性，结合段设置在设计洪水位以上为宜。综合以上等特点，结合段位置选择在吴淞高程11～19m范围内。全截面均匀受压是钢一混凝土结合段理想受力状态¨J，在最不利工况下，通过预应力作用实现钢塔过渡段塔柱全截面处于受压状态。与常规混合结构将结合段选取在弯矩较小处不同，本桥钢混结合处内力较大，需要采取合理的构造确保结构安全。其次，本桥作为景观桥，钢混结合段设计应有别于现有混合塔结合段错台设计构造，采用钢与混凝土塔柱断面平齐的构造，可有效提升景观效果，但同时也增加了设计难度。2混合塔结合段构造如图2所示，混合塔结合段由上部钢塔加劲过渡段与钢一混凝土结合部组成，加劲过渡段为钢

5、板形成的格构构造。由于下部混凝土塔为实心断面且截面逐渐增大，因而结合部与下塔柱间未设置混凝土加强过渡段。结合部总长度为2．61m，其中承压板厚度60mm，结合部外部长1．905m，内部长2．55m。与国内著名的南京三桥皿j、宁波大榭二桥‘3]、泰州长江公路大桥索塔钢一混凝土结合部不同，该桥选用了有格室后承压板式构造，采用带开孔板和焊钉连接件的钢格室与混凝土下塔柱浇筑为一体的连接形式，钢格室通No．42017上冯么姥21◎⋯⋯G—s一过加劲过渡段与上部钢塔连接。钢塔截面的轴力和弯矩通过钢格室后承压板及抗剪连接件传至混凝土塔，剪力和扭矩通过格室外部的焊钉连接件与格室内部的开孔板连接

6、件传至混凝土塔。为降低混凝土收缩对结合部受力的不利影响，承压板下2．6～3m厚混凝土暂不浇筑，待结合段钢结构精确定位后，在承压板浇筑孑L中注入自密实无收缩混凝土；混凝土硬化后对承压板下混凝土密实度进行超声波检测，对局部不密实部位采用压浆机压入无收缩高强度水泥浆。(}一，蹦一#2盹I现场图2结合段构造(单位：mm)索塔结合部横断面构造如图3所示，采用开孔板与焊钉连接件混用的构造形式，焊钉连接件主要布置在外部钢板上，开孔板连接件是在格室的内部钢板上开孔并贯穿钢筋与进入圆孔的混凝土共同形成。贯穿钢筋后，圆孑L中的混凝土处于三向约束状态，形成很大的销栓作用，其刚度和承载力均高于焊钉连接

7、件，其破坏模式为孑L中混凝土的压坏、钢筋的屈服，因而不易受疲劳荷载影响。焊钉连接件是常用的抗剪连接件，其力学性能不具有方向性，但具有一定的抗拉拔能力。根据实际应用条件，同时使用开孔板和焊钉连接件，使得上部钢塔截面较大的应力平顺地向混凝土下塔柱传22上马么咯№42017递，且能够较好地限制钢与混凝土间的滑移。图3结合部内部构造3有限元模型建立主桥跨径组成为45+42+73+270+73+42+46．5—531．5m，采用桥梁设计软件midascivil2010建立全桥空间杆系有限元计算模型，如