空间扭背索斜拉桥极限承载力分析 极限承载力

时间:2019-10-09 07:21:53 来源:易达学习网 本文已影响 易达学习网

空间扭背索斜拉桥极限承载力分析

空间扭背索斜拉桥极限承载力分析 随着我国经济的发展和人们对城市景观需求的提高,近 年来在一些城市已经出现空间扭背索组合梁斜拉桥。空间扭 背索组合梁斜拉桥能够完成与常规斜拉桥相当的社会公用, 并且这种桥型造型美观,适合成为城市的标志性建筑,因此 逐渐受到重视,并在大型工程中得以应用。然而,目前国内 外对空间扭背索所产生的非线性影响、主跨在偏载作用下的 失稳特征等问题的分析结果不多,对于其极限承载力的计算, 可供参考的文献较少,仍需进一步研究。

1、依托工程简介 本文以山东境内某桥为依托工程进行计算分析。该桥主 桥上构为独柱斜塔空间扭面背索斜拉桥,墩、塔、梁固结, 其跨径组成为96m+220m=316m。其中边跨主梁为预应力混凝 土边箱梁,桥塔采用独柱斜塔,主塔全高133.147m(包括装 饰性塔冠16 m),桥面以上塔高118m。塔身顺桥向偏离铅垂 面8°,倾向岸侧。主塔采用空心断面,因塔、梁固结,在 固结区设7.5m厚的实心段。预应力混凝土箱梁伸过桥塔 10.5m,通过1.5m钢混结合段与钢箱梁连接。全桥共设56根 斜拉索,根据索力的不同分别采用PES7系列的109~211丝不 同规格。

2、有限元模型建立 本文采用ANSYS大型空间计算软件进行建模计算,模型 所示使用单元为:主梁、桥塔及横梁采用beam44单元;
拉索采用link10单元。边跨混凝土梁采用梁格法,主跨采用单主 梁模型,斜塔采用空间梁单元模拟,拉索采用索单元模拟。

结构离散图见图1。

模型中斜拉索因受到垂度影响,其受力性能会发生改变, 本文按照Ernst公式对斜拉索的弹性模量进行修正。依据对 模型桥线弹性分析结果并结合该桥的结构特点,采用以下2 种最不利工况按照中载和偏载分别加载,计算分析其极限承 载力,并考虑斜拉索垂度影响的几何非线性考虑形式进行分 析:工况1:主跨弯矩最不利截面加载;
工况1:塔顶截面最 大水平位移加载。

在以上工况中,中载按照双向六车道折减后加载,偏载 按照三车道折减后加载。

3、承载力分析 3.1 主跨跨中最不利加载作用 该工况ANSYS计算施加了六个荷载步,当活荷载系数达 到9.45时,主塔锚固区下部C1索-C2索段达到极限承载力, 结构出现第三个塑性铰,此时将塑性铰加在主梁向上56m的 主塔截面上(10号节点),同时在塑性铰节点位置施加和此 截面屈服弯矩相等的力矩,大小为4.99×108 kN·m。此时 第二个塑性铰位置发生转动,节点顺桥向位移达到124.664m, 结构已转变为几何可变体系,按照塑性铰法理论,认为此阶 段结构破坏,计算结束,出现第三个塑性铰时的外荷载即为 此种工况下斜拉桥的极限承载力。偏载和中载计算结果见表1。

3.2 塔顶最大位移加载作用 该工况ANSYS计算施加八个荷载步,当活荷载系数达到 9.25时,主塔锚固区下部C1索-C2索段达到极限承载力,结 构出现第三个塑性铰,此时将塑性铰加在主梁向上56m的主 塔截面上(10号节点),同时在塑性铰节点位置施加和此截 面屈服弯矩相等的力矩,大小为4.99×108 kN·m。此时第 二个塑性铰位置发生转动,节点顺桥向位移达到124.664m, 结构已转变为几何可变体系,按照塑性铰法理论,认为此阶 段结构破坏,计算结束,出现第三个塑性铰时的外荷载即为 此种工况下斜拉桥的极限承载力。中载和偏载计算结果见表 2。

4、结论 本文共采用两种最不利的加载方式,同时考虑斜拉索垂 度效应的非线性影响,对依托工程进行极限承载力分析,并 对比其结果。结果表明:(1)本文选取的两种工况即主跨 跨中最不利加载形式和塔顶最大位移加载形式是安全储备 比较低的加载形式;
(2)中载加载下工况1即主跨跨中最不 利加载形式的安全储备较低,偏载加载下工况2即塔顶最大 位移加载形式的安全储备较低。

参考文献:
[1]林元培.斜拉桥.人民交通出版社,1998年 [2]贺拴海,高等桥梁结构理论与计算方法,人民交通出版社,2003年8月 [3]项海帆等.高等桥梁结构理论.北京.人民交通出版 社.2001 [4]华孝良,徐光辉.《桥梁结构非线性分析》 .人民交 通出版社.1997

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