斜拉桥异型主塔稳定性研究.pdf

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1、第24卷第1期Vo1．24．N0．12014年3月Mar．2O14斜拉桥异型主塔稳定性研究宋若望，袁帅华(湖南科技大学土木工程学院，湘潭411201)摘要：斜拉桥体系中，主塔是受压构件，对于异型主塔，结构重心偏离中轴线位置，空间受力和稳定性比较薄弱，稳定性分析显得极其必要．针对长青沙二桥施工过程中主塔的不同状态，建立主塔有限元分析模型进行稳定性分析；在悬臂施工阶段对比主塔稳定性计算方法，确定了斜拉索保向力对主塔稳定性的贡献．关键词：斜拉桥；异型主塔；稳定性；保向力中图分类号：U443．2文献标识码：A

2、文章编号：1671—119X(2014)01—0067—040引言～：，_上U95mI218ml95in随着国家对基础建设的大量投入，带动着桥梁事业的蓬勃发展，近几十年来，斜拉桥在我国迅速发图1主桥桥型布置图展，在中等跨径桥梁中，斜拉桥在造价和景观等方面长青沙二桥主塔与主墩为一体结构，桥面以上都具有一定的优势．为了满足跨径和景观的需要，主塔高85m，其中混凝土塔身高69m，采用C50混凝塔结构越来越高，造型越来越独特．加上主塔是斜拉土，并在斜拉索锚固区布置有U型环向预应力，主桥承受轴力的主体结构，稳定

3、性成为一个突出的问塔塔顶为钢结构装饰段，高16m．整个主塔为仙鹤题．造型，采用变截面单箱单室布置，截面外轮廓12．5稳定问题是要找出外荷载与结构内部抵抗力间×3．5m～5．5×3．5m，外立面有较多弧线．的不平衡状态，即变形开始急剧增长的状态，从而设法避免进入该状态，因此它是一个变形问题．稳定问题根据失稳定形式可分为两类，第一类为分支点失稳，当荷载超过临界荷载时，出现结构由平衡状态转变为不平衡状态的分支点，结构变形产生了性质上的突变，带有突然性；第二类失稳为极值点失稳，结构保持一个平衡状态，虽不出现新

4、的变形形式，但结构原来的变形将增大或材料的应力超过其许可值，最终结构丧失承载能力．本文以南通如皋市长青沙二桥为背景，针对于其异型主塔进行稳定性研究．长青沙二桥主桥为(95+218+95)m仙鹤型双塔单索面预应力混凝土斜图2主塔构造图拉桥，如图1所示．收稿日期：2013—1O一29基金项目：国家自然科学基金资助项目(51078197)作者简介：宋若望(1989一)，男，硕士，研究方向：大跨度桥梁施工控制技术68湖南工程学院学报2014年1裸塔稳定性分析2悬臂施工阶段主塔稳定性分析因主塔仙鹤造型线形复杂，

5、无法采用常规爬模随着主梁悬臂浇筑，斜拉索依次架设、张拉，已法施工，因而采取分节段施工的方法．节段的一般施浇筑完成的梁体自重通过斜拉索转移到主塔上，主工工序为：安装劲性骨架一绑扎钢筋一立模板一浇塔轴力不断增大，发生失稳特别是横向失稳的可能筑混凝土．由于主塔最后节段模板在预制安装过程性也逐渐增加，选取最大双悬臂状态和最大单悬臂中的误差，造成浇筑完成后主塔中轴线向岸侧偏移状态对主塔进行稳定分析，采用卡罗波夫折减法、弹3．5cm，加上主塔结构重心偏离中轴线，因此需考虑性支持法和有限元分析软件分别进行研究．施工

6、误差分析裸塔的稳定性．2．1卡罗波夫折减法采用MidasCivil建立裸塔有限元模型，用空间假设主塔上有对平行的斜拉索，将斜向索力梁单元进行模拟主塔，塔顶钢结构装饰段采用节点分解为水平力和竖向力，一般来说主塔两侧的水平荷载模拟，并模拟主墩．相应的空间模型如图3所力可以自平衡，无需考虑．因此主塔简化为一根一端示，边界条件为墩底固结．固定，一端自由的压杆，沿其轴线作用了数个集中荷载，此时用静力法求解十分复杂，卡罗波夫提出了一个较为简单的近似方法．他经过研究后发现，设有个集中荷载P、P。、⋯P分别作用于高度

7、为z、l、⋯z处，若将这些荷载同时增大倍，则杆件将丧失稳定性．那么，若将这些荷载折减(z／Z)倍并全部转移到杆顶，且令其总和与作用在杆顶的临界荷载相等，则有：17，P—Ee1了L1)+P2了t2)+⋯P(争)。]一丌E可推出稳定系数：~lj-—(1)4l。∑P()i=1图3裸塔稳定分析有限元模型2．2弹性支撑法通过对比前五阶主塔的实际稳定系数与理论稳在主塔失稳的瞬间，由于主梁横桥向刚度较大，定系数以及失稳形式，来判定施工误差对主塔结构可认为塔根部无侧向位移，当塔身横向倾斜时，索会稳定影响的大小，有限元

8、软件计算结果如表1所示．产生扶正力即保向力，可以采用桥塔两侧由于升温表1裸塔弹性屈曲稳定分析结果不同引起的侧倾来模拟计算索的保向立s．假设塔顶一侧升温t℃，另一侧升温t℃，t>t，根据结构力学虚功原理，可计算出由横桥向两侧温差引起的塔顶位移．主塔侧位移如图4所示．△塔顶一△一∑n1·t·V+∑l_了·V丽(2)式中：￡一(1+t2)／z；△一t2一t1；＆1为混凝土线性膨胀系数；H为塔柱截面的宽度；W丙、W丽为单位由上表可知，在主塔施工过程中施工误差对主