斜拉桥异型主塔稳定性研究
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２ ． １ 卡 罗 波 夫 折 减 法
中的误差 ， 造成 浇 筑完 成 后 主 塔 中轴 线 向岸 侧偏 移
３ ． ５ ｃ ｍ， 加上 主塔结 构重 心偏 离 中轴线 ， 因此需 考虑
施 工误 差分析 裸塔 的稳定 性 ．
采用 Ｍｉ ｄ ａ ｓ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ 建 立裸塔 有 限元模 型 ， 用 空 间 梁单 元 进行模 拟 主塔 ， 塔 顶 钢 结构 装 饰 段 采 用 节 点 荷 载模 拟 ， 并 模 拟 主 墩． 相 应 的空 间 模 型 如 图 ３所 示， 边 界 条件 为墩底 固结 ．
第２ ４卷 第 １期
２ ０ １ ４年 ３月
Ｖｏ １ ． ２ ４ ． Ｎ０ ． １
Ｍａ ｒ ． ２ Ｏ１ ４
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 ４ １ １ ２ ０ １ ）
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
造型， 采 用变 截 面 单 箱 单 室 布 置 ， 截面外轮廓 １ ２ ． ５
稳定 问题 是要 找 出外荷 载 与结构 内部 抵抗 力 间 ×３ ． ５ ｍ～５ ． ５ ×３ ． ５ ｍ， 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
构 保持 一个 平衡 状态 ， 虽 不 出现新 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 （ ９ ５ ＋２ １ ８ ＋９ ５ ） ｍ 仙鹤 型 双塔 单索 面 预应 力 混 凝 土斜
６ ８
湖南 工程 学 院学报
２ ０ １ ４年
１ 裸 塔 稳 定 性 分 析
因主塔 仙 鹤 造 型线 形 复杂 ， 无 法 采用 常规 爬模 法施 工 ， 因而采 取分 节段 施工 的方 法． 节 段 的一般施 工工 序 为 ： 安装 劲性 骨 架 一 绑扎 钢 筋 一立 模板 一浇
筑 混凝 土． 由于主 塔最 后 节 段 模 板 在预 制 安 装 过程
２ 悬 臂 施 工 阶段 主 塔 稳 定 性 分 析
随着 主梁 悬臂 浇 筑 ， 斜 拉 索ห้องสมุดไป่ตู้ 次 架 设 、 张拉 ， 已
浇筑 完成 的梁 体 自重 通 过斜 拉 索 转 移 到 主塔 上 ， 主 塔轴 力不 断增 大 ， 发 生 失 稳 特别 是 横 向失 稳 的 可 能 性也 逐渐 增加 ， 选取 最 大 双 悬 臂状 态 和 最 大 单 悬臂 状态 对 主塔进行 稳定 分析 ， 采用 卡罗 波夫 折减 法 、 弹 性支 持法 和有 限元分 析软 件分别 进行研 究 ．
假设 主塔 上有 对平 行 的斜 拉 索 ， 将 斜 向索力 分解 为水平 力 和竖 向力 ， 一 般来 说 主 塔 两 侧 的水 平 力可 以 自平衡 ， 无需 考虑 ． 因此 主塔 简化 为一 根一端
固定 ， 一端 自由的压杆 ， 沿 其轴线 作用 了数 个集 中荷
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
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 ：Ｕ４ ４ ３ ． ２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章编 号 ： １ ６ ７ １ —１ １ ９ Ｘ（ ２ ０ １ ４ ） ０ １ —０ ０ ６ ７ —０ ４
拉桥 ， 如图 １ 所示．
图 ２ 主塔构造 图
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ —１ Ｏ 一２ ９
基金项 目： 国 家 自然 科 学基 金 资助 项 目 （ ５ １ ０ ７ ８ １ ９ ７ ） 作者简介 ： 宋若望（ １ ９ ８ ９ 一） ， 男， 硕 士， 研究方 向： 大 跨 度 桥 梁 施 工 控 制 技 术
０ 引 言
～
，
：
＿
上
Ｉ ２１ ８ ｍ
Ｕ
ｌ ９ ５ ｉ ｎ
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 展， 在 中等 跨径 桥梁 中 ， 斜拉 桥在 造价 和景 观等 方面 都 具 有一 定 的优势 ． 为 了满 足跨径 和景 观 的需要 ， 主 塔 结 构越 来越 高 ， 造 型越 来越 独特 ． 加 上 主塔是 斜拉 桥承 受轴 力 的主体 结 构 ， 稳 定 性 成 为 一 个 突 出 的 问
题．
９ ５ ｍ
图 １ 主 桥 桥 型 布 置 图
长青 沙 二 桥 主塔 与 主墩 为一 体 结构 ， 桥面 以上
塔高 ８ ５ ｍ， 其 中混凝 土塔 身高 ６ ９ ｍ， 采用 Ｃ ５ ０混凝 土， 并 在斜 拉 索 锚 固区 布 置有 Ｕ 型 环 向 预 应力 ， 主 塔塔 顶 为钢结 构 装 饰 段 ， 高 １ ６ ｍ． 整 个 主塔 为 仙 鹤
中的误差 ， 造成 浇 筑完 成 后 主 塔 中轴 线 向岸 侧偏 移
３ ． ５ ｃ ｍ， 加上 主塔结 构重 心偏 离 中轴线 ， 因此需 考虑
施 工误 差分析 裸塔 的稳定 性 ．
采用 Ｍｉ ｄ ａ ｓ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ 建 立裸塔 有 限元模 型 ， 用 空 间 梁单 元 进行模 拟 主塔 ， 塔 顶 钢 结构 装 饰 段 采 用 节 点 荷 载模 拟 ， 并 模 拟 主 墩． 相 应 的空 间 模 型 如 图 ３所 示， 边 界 条件 为墩底 固结 ．
第２ ４卷 第 １期
２ ０ １ ４年 ３月
Ｖｏ １ ． ２ ４ ． Ｎ０ ． １
Ｍａ ｒ ． ２ Ｏ１ ４
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 ４ １ １ ２ ０ １ ）
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
造型， 采 用变 截 面 单 箱 单 室 布 置 ， 截面外轮廓 １ ２ ． ５
稳定 问题 是要 找 出外荷 载 与结构 内部 抵抗 力 间 ×３ ． ５ ｍ～５ ． ５ ×３ ． ５ ｍ， 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
构 保持 一个 平衡 状态 ， 虽 不 出现新 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 （ ９ ５ ＋２ １ ８ ＋９ ５ ） ｍ 仙鹤 型 双塔 单索 面 预应 力 混 凝 土斜
６ ８
湖南 工程 学 院学报
２ ０ １ ４年
１ 裸 塔 稳 定 性 分 析
因主塔 仙 鹤 造 型线 形 复杂 ， 无 法 采用 常规 爬模 法施 工 ， 因而采 取分 节段 施工 的方 法． 节 段 的一般施 工工 序 为 ： 安装 劲性 骨 架 一 绑扎 钢 筋 一立 模板 一浇
筑 混凝 土． 由于主 塔最 后 节 段 模 板 在预 制 安 装 过程
２ 悬 臂 施 工 阶段 主 塔 稳 定 性 分 析
随着 主梁 悬臂 浇 筑 ， 斜 拉 索ห้องสมุดไป่ตู้ 次 架 设 、 张拉 ， 已
浇筑 完成 的梁 体 自重 通 过斜 拉 索 转 移 到 主塔 上 ， 主 塔轴 力不 断增 大 ， 发 生 失 稳 特别 是 横 向失 稳 的 可 能 性也 逐渐 增加 ， 选取 最 大 双 悬 臂状 态 和 最 大 单 悬臂 状态 对 主塔进行 稳定 分析 ， 采用 卡罗 波夫 折减 法 、 弹 性支 持法 和有 限元分 析软 件分别 进行研 究 ．
假设 主塔 上有 对平 行 的斜 拉 索 ， 将 斜 向索力 分解 为水平 力 和竖 向力 ， 一 般来 说 主 塔 两 侧 的水 平 力可 以 自平衡 ， 无需 考虑 ． 因此 主塔 简化 为一 根一端
固定 ， 一端 自由的压杆 ， 沿 其轴线 作用 了数 个集 中荷
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
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 ：Ｕ４ ４ ３ ． ２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章编 号 ： １ ６ ７ １ —１ １ ９ Ｘ（ ２ ０ １ ４ ） ０ １ —０ ０ ６ ７ —０ ４
拉桥 ， 如图 １ 所示．
图 ２ 主塔构造 图
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ —１ Ｏ 一２ ９
基金项 目： 国 家 自然 科 学基 金 资助 项 目 （ ５ １ ０ ７ ８ １ ９ ７ ） 作者简介 ： 宋若望（ １ ９ ８ ９ 一） ， 男， 硕 士， 研究方 向： 大 跨 度 桥 梁 施 工 控 制 技 术
０ 引 言
～
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＿
上
Ｉ ２１ ８ ｍ
Ｕ
ｌ ９ ５ ｉ ｎ
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 展， 在 中等 跨径 桥梁 中 ， 斜拉 桥在 造价 和景 观等 方面 都 具 有一 定 的优势 ． 为 了满 足跨径 和景 观 的需要 ， 主 塔 结 构越 来越 高 ， 造 型越 来越 独特 ． 加 上 主塔是 斜拉 桥承 受轴 力 的主体 结 构 ， 稳 定 性 成 为 一 个 突 出 的 问
题．
９ ５ ｍ
图 １ 主 桥 桥 型 布 置 图
长青 沙 二 桥 主塔 与 主墩 为一 体 结构 ， 桥面 以上
塔高 ８ ５ ｍ， 其 中混凝 土塔 身高 ６ ９ ｍ， 采用 Ｃ ５ ０混凝 土， 并 在斜 拉 索 锚 固区 布 置有 Ｕ 型 环 向 预 应力 ， 主 塔塔 顶 为钢结 构 装 饰 段 ， 高 １ ６ ｍ． 整 个 主塔 为 仙 鹤