單索面矮塔斜拉橋主梁無索區長度變化影響分析

徐　超

(黔南州交通建設工程質量安全監督處，貴州 都勻　558000)

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橋梁工程

單索面矮塔斜拉橋主梁無索區長度變化影響分析

徐超

(黔南州交通建設工程質量安全監督處，貴州 都勻558000)

摘要：以云南省瑞麗江矮塔斜拉橋工程實例為研究背景，采用大型有限元分析軟件Midas/Civil建立有限元模型進行分析。探討了矮塔斜拉橋塔根無索區長度及邊支座無索區長度對成橋階段主梁變形、內力以及斜拉索的索力等的影響，得出了合理無索區長度的取值范圍, 對進一步認識矮塔斜拉橋的結構性能及總體布置設計有一定的參考意義。

關鍵詞：矮塔斜拉橋；無索區長度；結構性能

1無索區長度對結構特性的影響

1.1無索區長度目標分析參數

矮塔斜拉橋是主塔、主梁、橋墩以及斜拉索協同作用的結構體系。一般來說，矮塔斜拉橋的受力特性接近于連續梁橋，其整體剛度主要是由主梁提供，斜拉索的主要作用不再是直接承受豎向荷載，而是改善主梁的受力性能，斜拉索可以看成體外預應力筋。在矮塔斜拉橋設計中，主塔的內力與變形通常不控制設計，而主梁變形、主梁彎矩及截面驗算和斜拉索索力則需要重點考慮。本文選取主梁撓度f、主梁彎矩M、斜拉索索力T作為成橋狀態下的目標分析參數，通過改變斜拉索的根數以改變矮塔斜拉橋索區的長度來分析無索區長度變化對結構整體力學性能的影響。

1.2無索區長度計算模型

瑞麗江大橋的力學模式如圖1所示。其中在分析塔旁無索區長度對結構的影響時，保持邊跨邊部無索區與中跨跨中無索區的長度不變，同時，塔高斜拉索在主梁上的布置間距d及傾角均不變，僅僅通過改變塔根附近的斜拉索的根數來改變塔旁無索區的長度。

圖1　無索區長度變化計算圖示

塔旁無索區長度L1的變化范圍為從18.5m到39.5m，塔旁無索區長度L1與主跨跨徑的比值L1/L的關系對照表如表1所示。

在分析邊跨與中跨無索區長度對結構的影響時，保持塔旁無索區長度(L1=25.5 m)不變，塔高及斜拉索在主梁上的布置間距不變，而通過改變邊跨邊部與中跨跨中斜拉索的根數來改變塔根無索區長度。邊跨邊部無索區長度L2的變化范圍從17.5～45.5 m，同時中跨跨中無索區長度L3從17～73 m。L2/L、L3/L的關系對照表如2所示。

表1　塔旁無索區長度L1與中跨跨徑的比值

表2　邊跨邊部與中跨中部無索區長度對照表

1.3計算結果與分析

(1)塔旁無索區長度對結構的影響

塔旁無索區長度變化時對主梁最大撓度、中跨跨中最大彎矩、主梁墩頂最大彎矩及斜拉索最大索力計算結果見表3。

表3　塔旁無索區長度變化對結構影響

將以上結果繪制為曲線圖，如圖2所示。

圖2　塔旁無索區長度變化時主梁最大彎矩

從上面的圖表可以看出，當塔旁無索區長度從L=18.5 m增加到H=39.5 m時，斜拉索的最大成橋索力值是不斷增加的，最大成橋索力值從6 044 kN升高到6 100 kN，增加值不到0.1%，可見塔旁無索區長度的變化對斜拉索成橋索力的影響并不大；矮塔斜拉橋塔旁無索區長度的變化對主梁墩頂截面負彎矩的影響顯著，隨著L1/L的增大，主梁墩頂截面最大負彎矩急劇升高，當L1/L從0.10增加到0.22時，主梁墩頂截面最大負彎矩從819 906 kN·m上升到1 289 091 kN·m，升高了57%；塔旁無索區長度的變化對主梁最大撓度以及主梁彎矩的影響較小，主梁最大正彎矩隨L1當先減小后增大，在L1/L=0.14時取得最小值，但總體變化較為平緩；可見，塔旁無索區長度的變化對墩頂主梁最大負彎矩的影響比較顯著，可適當增加主梁墩頂截面預應力配置來改善墩頂主梁的受力，通常可取L1/L=0.10～0.14。

(2)邊跨邊部無索區(中跨跨中無索區)長度對結構的影響

邊跨邊部無索區(中跨跨中無索區)長度變化時對主梁最大撓度、主梁最大正彎矩、主梁墩頂截面最大負彎矩及斜拉索最大索力計算結果見表4。

表4　邊跨邊部無索區(中跨跨中無索區)

從上面的表4可以看出，當邊跨邊部無索區(中跨跨中無索區)長度從L2=17.5 m(L3=17 m)增加到L2=45.5 m(L3=73 m)時，主梁最大撓度、主梁最大正彎矩、主梁墩頂截面最大負彎矩、斜拉索最大索力都是單調增大的。主梁墩頂截面最大負彎矩從932 498 kN·m增大到1 146 972 kN·m，升高了23%；主梁最大正彎矩從87 679 kN·m上升到136 807 kN·m，升高了56%；可見，邊中跨無索區的變化對主梁的最大正彎矩的影響比對墩頂截面最大負彎矩的影響大很多；由于斜拉索根數的大幅減少，斜拉索提供的豎向剛度減少，主梁的最大撓度從12.5 cm下降到46.7 cm，下降幅度達2.7倍，最大成橋索力值從6 067 kN升高到8 629 kN，增加了42%，換算后最大拉應力也沒有超過規范要求的0.6fpk(fpk為斜拉索的標準抗拉強度)，斜拉索在設計時留有足夠富余，中跨跨中無索區長度L3與主跨跨徑的比值在0.17左右時，主梁受力更為合理。

2結語

在設計實踐中，矮塔斜拉橋無索區長度的選取是十分重要的，其設計的合理與否將直接影響到矮塔斜拉橋的整體受力。通過對背景橋梁主塔旁無索區長度、邊跨邊部無索區長度和中跨跨中無索區長度的分析，可以更好的了解矮塔斜拉橋的力學行為，為同類橋梁的設計提供參考。

參考文獻：

[1]鄭一峰,黃僑.張宏偉.部分斜拉橋的概念設計[J].公路交通科技,2005,(7).

[2]陳寶春,彭桂瀚.部分斜拉橋發展綜述[J].華東公路,2004,(3).

[3]康煒.小西湖黃河大橋部分斜拉橋結構分析[J].鐵道標準設計,2004,(11).

[4]許利星．單索面矮塔斜拉橋施工監控與仿真分析[D]．合肥：合肥工業大學，2007．

Non-cable regions in girder effect analysis of the single-cable-stayed extradosed bridge

XU Chao

(Traffic Construction Engineering Quality Supervision Department of Southern Guizhou，Duyun，Guizhou 558000，China)

Abstract:This paper takes Yunnan Province Ruili River low tower cable-stayed Bridge as the engineering background by using the large-scale general finite element analysis software Midas/Civil to set up finite element computing model。Investigates the influence on the deformation，inner force of the main girder and cable force etc under dead load by adjusting the length of the no cable section near the tower and the length of no cable area near the side bearing and obtain the suitable length of the no cable areas ，there is a certain reference value to understand the structural properties and the overall layout design of the low tower cable-stayed bridge.

Keywords:extradosed bridge;length of non-cable;structural properties

收稿日期：2015-12-30

作者簡介：徐超(1989-)，男，貴州人，碩士研究生，從事路橋工程質量安全監督工作 。

中圖分類號：U448.27

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)05-0093-02