瀘州市沱江四橋總體靜力分析

王 科　曾令權(quán)（林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司，重慶　401121）

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瀘州市沱江四橋總體靜力分析

王 科曾令權(quán)
（林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司，重慶401121）

摘要：沱江四橋主橋是一座主跨200m的獨(dú)塔雙索面混合梁斜拉橋，該橋具有索塔構(gòu)造復(fù)雜，橋塔兩側(cè)拉索布置不對稱等特點(diǎn)。另外，該橋考慮遠(yuǎn)期預(yù)留適宜的軌道交通要求，由于近期遠(yuǎn)期不同的恒載布置情況，結(jié)構(gòu)分析中涉及到兩種不同成橋狀態(tài)的計算。本橋?qū)挾葹?9m，寬跨比較大，空間效應(yīng)明顯。本文詳細(xì)介紹了該橋設(shè)計主要參數(shù)，并對該橋進(jìn)行了單梁與梁格模式的空間受力分析。

關(guān)鍵詞：斜拉橋；合理成橋狀態(tài)；梁格法

1 概述

沱江四橋主橋采用獨(dú)塔雙索面斜拉橋結(jié)構(gòu)形式，跨徑布置為55＋200＋58＋50m。主橋主梁采用鋼-砼混合梁，主跨為鋼箱梁，邊跨為混凝土梁，梁高3.5m。橋塔為曲線形縱橋向正“Y”形＋橫橋向倒“Y”字形空間組合造型，橋面以上高度105m，橋面以下高度45m；斜拉索采用空間雙索面布置，全橋共30對斜拉索，主跨鋼箱梁側(cè)拉索間距12m，邊跨混凝土側(cè)拉索間距分別6.1m 和6.0m。總體布置立面圖如圖1所示。

2 合理成橋狀態(tài)分析

2.1 模型介紹

總體分析采用TDV RM Bridge軟件進(jìn)行，全橋三維有限元模型如圖2所示。斜拉索采用索單元，橋塔下部、墩和梁采用三維梁單元，橋塔上部分叉部分采用鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)梁單元組模擬。結(jié)構(gòu)的約束條件是：橋塔與主梁之間采用塔梁固結(jié)體系，各輔助墩、交接墩上設(shè)置僅可沿順橋向滑動的豎向支座。在本橋的計算分析中考慮了P～Δ效應(yīng)對結(jié)構(gòu)的影響。

2.2 成橋狀態(tài)索力確定

斜拉橋最優(yōu)成橋狀態(tài)確定通常采用最小彎曲能量法為基礎(chǔ)，以梁平、塔直、索力均勻?yàn)槟繕?biāo)進(jìn)行求解。沱江四橋200m主跨采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)，考慮到橋塔造型及構(gòu)造條件，主跨受力類似于索輔梁受力體系，即是主梁與拉索共同承擔(dān)橋上荷載，這與常規(guī)大跨斜拉橋在恒載作用下主梁基本不受彎的情況有所不同。在該橋?qū)嶋H求解過程中以200m主跨主梁受力狀態(tài)為控制目標(biāo)，將部分恒載集度轉(zhuǎn)化為主跨拉索索力，而混凝土側(cè)拉索則是根據(jù)在上塔柱縱向拉索分力基本相等作為求解條件，進(jìn)而得到混凝土側(cè)全部拉索的成橋索力，在本橋中，混凝土側(cè)的拉索的大小主要以橋塔受力合理確定。

在遠(yuǎn)期運(yùn)營狀態(tài)下，軌道結(jié)構(gòu)的二期恒載大于相應(yīng)近期運(yùn)營狀態(tài)的數(shù)值，遠(yuǎn)期索力調(diào)整則是以在遠(yuǎn)期運(yùn)營狀態(tài)下的主梁變形值與近期不出差較大偏差為目標(biāo)。

3 梁格法空間效應(yīng)分析

沱江四橋主梁為鋼-砼混合梁，鋼箱段為流線型扁平分離式雙箱截面形式，混凝土梁段為分離式單箱雙室斷面，主梁寬度為49m。邊跨寬跨比較大，空間作用效應(yīng)明顯，為準(zhǔn)確反應(yīng)主梁空間受力情況，采用MIDAS有限元軟件建立梁格模型進(jìn)行計算。鋼主梁分2片縱梁、混凝土分6片縱梁。縱梁間用相應(yīng)橫梁予以連接。

根據(jù)梁格法模型計算結(jié)果，將成橋狀態(tài)下結(jié)構(gòu)受力關(guān)鍵結(jié)果與單梁計算整體結(jié)果進(jìn)行對比，具體見表1（由于篇幅限制，僅列出位移對比結(jié)果）。

兩種計算方法結(jié)果趨勢一致、誤差較小，有效的驗(yàn)證了單梁模型的準(zhǔn)確性，并使設(shè)計結(jié)果安全、可控。

本橋混凝土主梁受力除拉索支撐外，主要與預(yù)應(yīng)力鋼束的配置有關(guān)。對于混凝土主梁的縱向受力，由于梁格和單梁模型縱向抗彎剛度模擬一致，計算結(jié)果必然一致。而單梁模型未準(zhǔn)確模擬橫向單元，對于橫梁的設(shè)計則需借助于空間梁格計算模型。首先可按“腹板剪力法”即假定箱梁與橫梁模型的腹板接觸面積上的剪力對橫梁進(jìn)行加載，確定大致橫梁預(yù)應(yīng)力束線型，然后在整體梁格模型中加以驗(yàn)算。

結(jié)語

本文以瀘州沱江四橋?yàn)槔U述了非對稱混合梁斜拉橋在多個成橋狀態(tài)下的合理成橋狀態(tài)的索力確定方式，并采用梁格模型對本橋?qū)Ω鳂?gòu)件的進(jìn)行了驗(yàn)算。基于本橋的主梁施工方式，拉索在施工中的張拉索力可運(yùn)用無應(yīng)力狀態(tài)法的思想方便得到。該橋在材料、結(jié)構(gòu)和造型上都有很強(qiáng)的適用性。對于寬跨比較大的城市橋梁，該橋型是很好的選擇。

表1　成橋豎向位移對比表

參考文獻(xiàn)

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[3]秦順全.橋梁施工控制——無應(yīng)力狀態(tài)法理論與實(shí)踐[M].北京：人民交通出版社，2006.

中圖分類號：U44

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A