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《郑州大学》 2005年
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部分斜拉桥力学性能分析及施工控制研究

高飞  
【摘要】:我国随着交通事业的迅速发展,修建了许多大跨度桥梁。斜拉桥在结构性能、经济上和美观上等具有许多优点,现已成为大跨度桥梁的主要桥型之一。部分斜拉桥(又称矮塔斜拉桥)是近年来兴起的一种新型桥梁结构形式,它的特点是塔矮、梁刚、索集中布置。就结构特性而言,部分斜拉桥是介于连续梁桥与斜拉桥之间的一种桥型。斜拉桥是多次超静定结构,在桥梁施工过程中,某根斜拉索内力的调整又影响到主梁标高和邻近斜拉索的内力。桥梁线形和内力分布受施工影响很大,过去曾经出现过多起斜拉桥因施工原因造成桥梁线形不和顺甚至发生破坏的情况,这说明为了保证斜拉桥的线形和内力符合设计要求,桥梁施工监控是非常必要的。 本文以正在施工的平顶山市开发路湛河一桥——预应力混凝土部分斜拉桥为工程实例,对该桥进行力学性能分析和桥梁施工控制研究。该桥为双跨独塔单索面部分斜拉桥,主桥跨径分别为88m和72m,采用塔、墩、梁固结体系;主梁为三向预应力变截面单箱三室箱型截面;主塔结构桥面以上高22.7m,采用实心矩形截面,顺桥向宽3.4m,横桥向宽2.0m,布置在中央分隔带上;斜拉索为扇形分布,顺桥向集中布置在梁体1/3跨度附近,梁上索距为4m,塔上索距为0.8m,拉索采用双排索,主塔两侧对称布置9对,拉索在塔上通过鞍座两侧对称锚固于箱梁横隔板上。根据平顶山市湛河一桥施工场地条件,桥梁施工采用了移动支架法施工方式。本文根据该桥的结构特点,采用有限元法对桥梁进行离散,主梁采用变截面梁单元进行离散,拉索采用只承受拉力的桁架单元进行模拟,主塔和薄壁墩采用梁单元进行模拟,建立了该部分斜拉桥的有限元计算模型,利用Midas/Civil有限元程序对该桥进行了静力分析、动力分析和稳定分析,对桥梁进行了成桥状态验算,并对该桥梁的施工控制方法作了详细的探讨,最后结合平顶山市湛河一桥施工组织设计,利用Midas/Civil有限元程序对桥梁的施工过程进行了数值仿真模拟分析,研究成果具体应用于湛河一桥的桥梁施工控制工程实践。综合以上工作,本文得出以下结论: 1.该部分斜拉桥主梁弯矩分布比较均匀,但是由于箱梁内部存在大量预应力钢筋和桥面上斜拉索的拉力,使得主梁承受较大的轴力。计算结果表明,桥梁主梁和桥塔所承受的应力值都没有超过桥梁设计规范规定的设计值;拉索计算拉力值都在桥梁设计规范允许值之内,表明该桥梁结构安全。 2.主梁的刚度是影响全桥自振频率和振动特性的主要因素。桥梁动力计算结果表明,该部分斜拉桥的第1阶振型为主跨的竖向振动,第2阶振型为边跨的竖向振动,该桥面内基频小于面外基频,说明该桥主梁刚而索柔,符合部分斜拉桥的结构特性。 3.该部分斜拉桥在成桥运营阶段的第一阶稳定系数为3.94,满足一般斜拉桥稳定性的要求,桥梁前4阶失稳特征均为主梁的面内失稳,说明该桥的面内刚度小于面外刚
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