金马大桥工程的结构分析与研究

【摘要】： 位于广东广(州)—肇(庆)高速公路上的金马大桥是一座新型的混凝土独塔斜拉桥。主跨283m，是当今世界上混凝土独塔斜拉桥的最大跨径之一。金马大桥采用的是一种独塔斜拉桥与两侧刚构相连接的新型协作体系斜拉桥，不仅造型美观、结构新颖而且工程造价也非常节省。为了研究这种新型桥梁的结构形式，并对结构设计中一些问题做深入地分析，本文对金马大桥的方案比选、设计思路、协作体系结构的形成过程、结构的静力、动力计算以及局部构造等方面进行了全面地分析研究。主要内容和结论如下： 1、提出了独塔斜拉桥与两侧刚构相连接的新型协作体系斜拉桥结构形式，并对该桥的方案比选、设计思路、桥面系结构形式、塔柱截面设计、深水基础的设计及施工方法、协作刚构的刚度选取、塔柱的直束加固等方面作了详细地计算分析和比较。结果表明这种协作体系桥梁在大跨度桥梁建设中是一种既经济安全又美观适用的新型斜拉桥。 2、金马大桥在斜拉桥设计和施工中采用一种与传统斜拉桥设计和施工不同的新方法，即悬臂浇筑斜拉桥主梁时采用无纵向预应力筋的做法。本文把这种方法与传统方法在受力合理性、施工方便程度和经济性方面做了比较分析，并结合整体静力计算说明悬臂浇筑斜拉桥主梁时不张拉纵向预应力筋这一方法的可取之处。 3、由于现行的有关桥梁设计规范没有对斜拉桥主梁的有效宽度做出具体规定，从而使斜拉桥在设计中桥面板的有效宽度取值问题有待于进一步研究。本文结合已有的研究成果以及金马大桥桥面系的结构特点，通过建立主梁的有限元节段模型，并分工况计算桥面板的正应力分布情况。计算结果表明，肋板式斜拉桥主梁的桥面板正应力分布是比较均匀的。 4、金马大桥在施工过程中采用边主梁、横隔梁和桥面板三部分分阶段一次现浇。曾有专家对这种施工方法中横隔梁的预应力储备提出质疑。针对这一问题，本文采用三种施工方案进行对比计算分析，结果表明横隔梁中的预应力储备是满足要求的，而且金马大桥采用的这种横隔梁力筋分批张拉的施工顺序使该桥边主梁及横隔梁的受力都较为合理。 5、针对金马大桥斜拉桥侧主梁截面与T构侧主梁截面形式不统一的问题，提出了一种不同结构断面的新型连接方法。通过有限元计算和光弹试验对这种连接形式进行了研究。结果表明这种做法不但受力合理，而且施工方便。 6、运用反应谱理论和随机振动方法比较分析了金马大桥的抗震性能。并通过经验公式和节段模型试验分析了该桥的抗风性能。结果表明，这种新型结构虽然跨度较大，但是由于结构布置、截面设计都较为合力合理，所以其抗震抗风性能都是有保障的。