多跨斜拉桥双钢管一混凝土组合结构桥塔静力与抗震研究.pdf

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1、多跨斜拉桥双钢管一混凝土组合结构桥塔静力与抗震研究宋晓辉，徐飞萍，陈仁山，杨则英43多跨斜拉桥双钢管一混凝土组合结构桥塔静力与抗震研究编译宋晓辉。徐飞萍，陈仁山，杨则英(1．山东高速股份有限公司济南黄河大桥管理处，山东济南250000；2．山东大学土建与水利学院，山东济南250061)摘要：为研究双钢管一混凝土组合结构桥塔在多跨斜拉桥中的应用，以一座7塔8跨斜拉桥模型为背景，对双钢管～混凝土组合结构桥塔的静力及抗震性能进行分析。采用极限状态设计法检验桥塔的安全性，在中等强度地震波和超强地震波作用下，通

2、过比较桥塔横梁处主梁在纵向可移动连接、线弹性连接及双线弹性连接3种支承条件下的地震响应评估桥塔的抗震性能。分析结果表明：隔跨布置活载引起的主梁及桥塔弯矩大于满跨布置荷载引起的主梁及桥塔弯矩；桥塔越高产生的位移和弯矩越小；塔顶响应和塔底弯矩在可移动支承条件下最大，在双线弹性连接条件下最小。双钢管～混凝土组合结构桥塔适用于多跨斜拉桥，主梁与桥塔横梁处采用双线弹性连接方式，桥塔的抗震性能最好。关键词：多跨斜拉桥；钢管一混凝土组合结构桥塔；抗震分析；双线弹性连接；耗能特性中图分类号：U448．27；U441．

3、5文献标志码：A文章编号：1671—7767(2013)01—0043—001引言因为关于多跨斜拉桥的研究并不多，多跨斜拉桥钢管一混凝土构件在新结构中已经得到了广泛的静力行为与活荷载的强度及分布有关，因此研究荷应用，钢管对其内部混凝土的约束作用提高了混凝载分布对弯矩和位移的影响是很有必要的。此外还土的抗压强度，钢管内部的混凝土又可以有效地防研究了3种不同高度的桥塔的塔高对其变形和弯矩止钢管发生局部屈曲。基于此提出了一种新型的组的影响；桥塔的安全性则通过极限状态设计法检验。合结构桥塔，其塔柱为双钢管矩形

4、截面，内、外2层此外，还研究了适用于多跨斜拉桥的组合结构钢管之间灌注混凝土。这种钢管一混凝土组合结构桥塔的地震响应。桥塔的动力响应是根据日本公路桥塔具有较高的极限抗弯和抗压强度，同时也具有桥梁抗震规范规定的中等和超强设计地震波发生时良好的延性。获得的。在动态响应评估中比较了桥塔横梁处主梁钢管一混凝土组合结构桥塔可以应用在多跨斜的3种支承条件，分别是纵向可移动连接、线弹性连拉桥中，法国米约大桥(7塔8跨斜拉桥)是一个很接和双线弹性连接。地震作用下结构的恢复力也得好的例子。尽管类似结构已经在传统桥梁的低桥

5、墩到了核实。中得到了应用，但是文中提到的钢管一混凝土组合结构桥塔从未提出或应用于高塔斜拉桥。同时，由2静力分析于多跨斜拉桥是一种新型结构，其静力行为及抗震2．1结构模型性能还有待进一步了解，因此有必要对钢管一混凝图1是用于研究的一座7塔8跨斜拉桥模型的土组合结构桥塔多跨斜拉桥的静力行为和抗震性能总体布置，其跨径组成为(100+6×200+100)进行研究。m。主梁采用宽18．8m、高2．2m的正交异性板钢1400100200．200．200．200P2P3P4P5P6P7A2单位：m图1多跨斜拉桥模型

6、总体布置收稿日期：2011—07—13编译者简介：宋晓辉(1973一)，男，高级工程师，1994年毕业于山东交通大学路桥专业，工学学士(E—mail：yangbridge20(]3@yahoo．corn．cn)。44世界桥梁2013，4l(1)箱梁。桥塔为H形双索面桥塔，塔柱为矩形双钢L3为隔跨布置活载(见图3)。管一混凝土组合结构，每根塔柱均由内、外2层钢管图4所示为桥塔P1～P4塔顶的纵向位移，桥及其之间浇筑的混凝土组成(见图2)。主梁与桥塔塔P2～P4的最大位移是由恒载和活载组合D十I3横梁在横

7、向和竖向固结，纵向可以移动。引起的；桥塔P1的最大位移是由荷载组合D+I22．2结构分析引起的。图5所示为桥塔P1～P4底端的弯矩，桥对桥梁模型进行了恒载(D)和设计活载(L)作塔P2～P4的最大弯矩是由荷载组合D+L3引起用下的有限元静力分析，得到了截面等效应力和变的；桥塔P1的最大弯矩是由荷载组合D+I2引起形。所有构件均采用梁单元模拟，主梁和桥塔被分的。从图中可看出隔跨布置的活载效应大于满跨布割成长约5．0m的单元。设计活载取自日本公路置的活载效应。桥梁规范，包括3．5kN／m的均布荷载q和相当

8、另外，还对桥塔P1～P4取3种不同高度(62，97，于纵向长10m、大小为10．0kN／m的集中荷载147m)进行计算，图6为在恒载和活载组合D+L3q。本文考虑了L1、L2和L3三种活载工况：Il为作用下的弯矩。通常情况下，塔越高则弯矩越小，这满跨布置活载，L2为仅在P1～P2跨上布置活载，是因为随着塔高度的增加，截面的弯曲刚度减小。(a)立面(b)侧面(c)塔柱横截面单位：mm图2桥塔结构示意PlP2P3P4P5P6P7A1A2L1⋯⋯⋯I⋯⋯⋯Il