拱塔斜拉桥桥塔钢-混结合段空间受力分析

力 特性 与应力 分 布情况 ． 随着 拱形 桥塔 的结 构 形式 被 越来 越 多 地应 用 在 独塔斜 拉 桥 的设 计 中 ， 相 关 人 员 也 对 其 进 行 了
一
混 结合 段 是 桥 塔 刚 度 过 渡 段 ， 承受 着 很 大 的 轴
收 稿 日期 ： ２ Ｏ １ ３ 一Ｏ ３ —１ ８ 作者简介 ： 张西丁（ １ ９ ８ ９ 一） ， 男， 同济 大 学 硕 士 生 ．
第 ２ ９卷 第 ２期 ２ ０ １ ３年 ６ 月
交
通
科
学
与
工
程
Ｖｏ １ ． ２９ Ｎｏ． ２
Ｊ ｏＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＲＡＮＳ Ｐ ＯＲＴ Ｓ ＣＩ ＥＮＣ Ｅ ＡＮＤ ＥＮＧＩ ＮＥ ＥＲＩ ＮＧ
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ３
文章编号 ： １ ６ ７ ４ —５ ９ ９ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ －０ ０ ３ ５ －０ ６
桥塔 钢 一 混 结 合 段 为 基 础 ， 利 用 Ｍｉ ｄ ａ ｓ ／ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ 建 立 空 间杆 系模 型 ， 进行整体静力分析 ， 确 定 桥 塔 钢 一 混 结 合段 部 位 ３ 种 最 不 利荷 载 工 况 ， 得 出其 荷 载 和 位 移 的 边 界 条 件 ． 再利用大型空间有限元软件 Ａ ＮＳ Ｙ Ｓ ， 建 立桥塔钢一混结合段三维实体模型 ， 并进行受力分析 ， 明确 钢 一 混 结 合 段 处 钢 板 和 混 凝 土 的 受 力 性 能． 计算 结 果 表 明 ： 钢 一混 结 合 段 的变 形 较 小 ， 钢板和混凝土的应力水平较小 ， 结 构 的 安全 储 备 良好 ． 关键词 ： 拱 形 桥塔 ； 钢一混结合段 ； 有 限元 法 ； 局 部 分 析
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图 １ 桥 塔 立 面示 意 （ － ｇ位 ： ａ ｍ） ｒ
一
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下 的最不 利荷 载 组 合 ， 没 有 对 正 常使 用 极 限状 态 进行 考虑 ， 具有 很 大 的片 面 性． 本研 究 拟 结 合 Ｍｉ — ｄ ａ ｓ 整 体计算 结果 ， 利用 ＡＮＳ ＹＳ ， 对桥 塔钢 一混结 合 段进行 局 部分 析 ， 得 出 钢板 和混 凝 土 的受 力 性 能， 以期 为 日后 同类 桥梁 的设计 和施工 提供 参考 ．
内穿 ＨＲ Ｂ ４ ０ ０ ￣ ２ ５的钢筋 ， 形成 Ｐ Ｂ Ｌ剪力键 ． 中塔
柱分 为 ６ 段， 节段 中心线 长 ３ ｍ或 ２ ． ６ ｍ． 塔 壁 钢 板采 用焊接 连接 ， 加 劲肋 采用 高 强螺 栓 连接 ． 每节 段 中心处设 置横 隔板 ， 横 隔板开 孔 ， 便 于浇 筑混 凝 土． 结合段 与上塔 柱 、 下 塔柱 之 间采 用承 压板 ＋预
量
譬
苎
凝 土 塔 柱
图 ２ 桥 塔 横 向示 意 （ 单位 ： ａ ｍ） ｒ
Ｆ ｉ ｇ ．２ Ｔｈ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｒ ａ ｌ ｏ ｆ ｂ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ ｔ ｏ ｗｅ ｒ （ ｕ ｎ ｉ ｔ ： ａｍ ） ｒ
结合段 断面 随着高 度 的减小 横桥 向和 纵桥 向 尺寸 增大 ， 纵肋和横 肋 的数量 也 跟着 增 加． 钢 一混 结合 段 的基 本构造 如 图 ３ 所 示．
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应 力方式 连接 ， 承压板 上设 置 圆孔 ， 便 于预 应 力钢
筋 通过 ．
善
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８
中部 ， 竖 向高 度为 １ ７ ｍ， 与 其他 桥 相 比 ， 结 合 段较
长， 并且 在整个 桥塔 的相对 位置 较高． 现 有对钢 一混组 合 桥塔 的研 究 大 都集 中在其
承载能 力［ ３ ］ 、 剪 力键 的受 力性 能 ［ ２ “ 和索塔 锚 固区
近几 年来 ， 钢 一混 凝 土 结 合 桥 塔 逐 渐 应 用 于 斜 拉 桥建设 中 ， 如： 南 京 长 江第 三 大 桥 、 江 苏 苏 通
力 和弯矩 ， 钢 板和混 凝 土 的受 力机 理 不 明确 ， 应 力
复杂， 必须 建 立 钢 一 混 结 合 段 处 局 部 三 维 有 限元 实 体模 型 ， 分 析 其 在 各 种 最 不 利 荷 载 工 况 下 的受
拱 塔斜 拉 桥 桥 塔 钢 一 混 结 合 段 空 间受 力分 析
张 西丁 ， 石 雪 飞
（ 同济 大 学 桥 梁 工 程 系 ， 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ２ ）
摘
要： 斜 拉 桥 桥 塔 钢 一混 结 合 段 结 构 复 杂 ， 构 件众 多， 使得 其受力 状态 极为复杂． 以某 拱 塔 斜 拉 桥 的
定 的研 究． 拱形桥 塔 的形 式 有 钢桥 塔 、 混凝 土桥
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第２ ９ 卷
塔 和钢 一混 组 合桥 塔 ， 而 本拱 塔 斜 拉 桥 与其 他 形
式 的桥 有所 不 同 ： ① 桥塔 为斜 置 桥 塔 ， 纵桥 向弯矩 较大 ； ②结合 段采用 钢格 室 ＋混 凝 土 的结 构形 式 ， 钢板 和混凝 土 相 互 约束 ， 导 致 结 合 段 处 于极 其 复 杂 的三 向受 力状态 ； ③桥 塔 钢 一混 结 合段 较 长 ， 相 对位 置较高 ， 轴力 和弯 矩较 大． 主 塔钢 混 结合 段 的 位 置大多选 择 在 承 台顶 面 ， 日本 大 多 数 桥 梁 均 如 此ｌ ［ ２ ］ ． 南 京 长 江三 桥 桥 塔 钢 一 混 结合 段 设 置在 下 塔 柱与下 横梁 交 汇 处 ， 结 合 段 沿 桥 塔 轴 线 方 向高 为８ ． ７ ５ ５ ｍ［ １ ］ ．本 桥 桥 塔 钢 一 混结 合 段位 于桥 塔
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的分 析［ ５ ］ ， 而 对钢 一混 结合 段 的研 究 较 少． 李 达［ １ ］ 虽然对 三角 刚架悬 吊连 续梁 桥 的 钢 一混 结合 段 进 行 了研究 ， 提 供 了一些 参考 的方法 ， 但 由于其 是 连
续梁 桥 ， 与斜 拉 桥 的构 造 和 受 力 等 方 面 有 着 很 大 的不 同 ， 并 且其 主要 考 虑 的是 承 载 能 力 极 限状 态
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中 图分 类 号 ： Ｕ４ ４ ８ ． ２ ７ 文献 标 识 码 ：Ａ
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交
１ 工程 背 景
本 拱塔 斜拉桥 主桥 跨径 布置 ８ ０ ＋１ ３ ０ ｍ， 为拱
形斜塔 双索 面 墩 梁 固结 塔 梁 分 离 体 系． 主 塔 为 顺 桥 向斜 置 的塔形 拱 ， 上 塔 柱采 用 钢箱 结 构 ， 中塔 柱 采用 钢一混 凝 土 组 合 箱 型 结构 ， 下 塔 柱 采 用 钢 筋 混凝 土 结 构 ． 下 塔柱竖 直高 （ 自承 台顶 面 算 起 ） １ ８ ． ３ ｍ， 中塔柱高 １ ７ ｍ， 上 塔柱高 ４ ４ ． ５ ｍ， 整个拱
长江 大桥 和 杭 州 钱 塘 江 大 桥 等． 钢 一混 凝 土结 合 桥 塔 具有 减 轻 塔 身 自重 、 容 易 保 证 钢 锚 箱 的安 装 精度、 明确索 塔 受 力 、 降低塔柱顶部施工难度、 降 低地 震 作 用及 简 化斜 拉 索锚 固等 优 点 ［ １ ］ ． 桥塔 钢
一
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