大跨度斜拉桥箱桁组合截面应力分布研究

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1、6O世界桥梁2014，42(1)大跨度斜拉桥箱桁组合截面应力分布研究郑清刚。张燕飞，赵廷衡(中铁大桥勘测设计院集团有限公司，湖北武汉430050)摘要：为研究斜拉桥箱桁组合截面主梁纵向应力在横向分布的不均匀性，以及箱桁组合后截面形心下移引起截面应力分布的改变，以沪通铁路长江大桥4线铁路方案为背景，采用精细化有限元分析的方法，对简单荷载工况作用下主梁纵向应力在桥面横向的分布形式，及沿纵向的变化规律开展研究，分析了剪力滞后、形心偏移等因素对主梁纵向应力的影响。结果表明：下弦钢箱除将列车荷载传递给主桁外，也与主桁一起参与结构受力；下弦钢箱底板应力均匀程度较好，顶板横向自弦杆外缘向两侧4In范

2、围应力变化较大。关键词：斜拉桥；箱桁组合截面；剪力滞；轴力；应力；应力不均匀系数中图分类号：U448．27文献标志码：A文章编号：1671—7767(2014)01—0060—061前言差很大。研究以上两因素对截面应力分布的影响，随着经济发展和交通运输日益频繁，跨越大江对于合理设计主梁截面具有重要的意义，国内、外虽大河的桥梁结构正向更大跨度发展，高速列车运营然对此做了一些理论研究l_5]，但问题尚未明确对桥梁主梁的竖向刚度、横向刚度、抗扭刚度都提出解决。了更高要求。大跨度斜拉桥的主梁形式也由传统的为了研究大跨度斜拉桥箱桁组合截面应力分布钢箱梁、钢桁梁向更为复杂的组合截面形式演规律，本文

3、以拟建的沪通铁路长江大桥4线铁路方变l1]。钢箱与钢桁组合的箱桁组合截面是一种适案为背景，采用精细化有限元分析的方法，对简单荷用于大跨度斜拉桥、适合承担多线铁路荷载、能够满载工况作用下主梁纵向应力在桥面横向的分布形足高速列车运行舒适度和安全性要求的新型主梁截式，及沿纵向的变化规律开展研究，分析剪力滞后、面形式“。形心偏移等因素对主梁纵向应力的影响。箱桁组合截面形式的主梁内力通过桁架分配给腹杆和下弦杆，下弦钢箱中部应力是由下弦箱顶、2桥梁概况底板纤维之间的剪切作用传递的，由于剪力滞后，同拟建的沪通铁路长江大桥主桥为斜拉桥，主跨一截面位置处的纵向应力在横向是不均匀的，这种1092m(见图1

4、)，工程可行性研究过程中对单建铁不均匀性在纵向也是变化的。此外，由于钢桁和钢路桥梁方案、公铁合建桥梁方案进行了深入研究，本箱组合后截面形心下移，使钢箱顶、底面到形心的距文研究单建铁路桥梁方案。离同步减小，距离比则增大，由此得出的弯曲应力相单建铁路桥梁方案主梁采用下承式箱桁组合梁图1沪通铁路长江大桥单建铁路方案立面收稿日期：2013—11—12作者简介：郑清刚(198O一)，男，工程师，2002年毕业于西南交通大学土木工程专业，工学学士，2007年毕业于西南交通大学桥梁与隧道工程专业，工学硕士(Email：zhengqg@brdi．corn．on)。大跨度斜拉桥箱桁组合截面应力分布研究郑

5、清刚，张燕飞，赵廷衡61一00_【一(见图2)，横向宽28m，桁高16．5m，节间卜距_14m牟。●●』主桁架上弦设K撑作平联，每一节点设置1道横联。横联采用桁架形式，桁高5．6II1，横联跨中设吊杆与下弦箱梁相连。主桁架下弦杆之间设置钢箱支承4线铁路(2线普通铁路、2线客运专线)荷载。钢箱有效地增大了主梁截面面积，在承担桥面荷载的同时参与主桁下弦纵向受力，对于主梁需要承受巨图3主梁节段模型大压力的大跨度斜拉桥，该截面布置经济合理。选取轴力状态、跨中受弯状态、塔根受弯状态对主梁节段进行空间计算，考察截面纵向应力在横向950900950的不均匀分布以及在纵向的变化规律。各典型受力’。《I

6、IIIII状态的受力特点分析如下：(1)轴向力状态。考察轴向力作用下，由于剪力滞的影响，弦杆范围应力高于桥面部分应力。＼一／，一一、，一一、、、(2)跨中受弯状态。弯矩作用在下弦组合截面一一、，、／客＼／客＼／普Y普、、!通：通1上时，跨中梁段不仅承受纵向力，还产生局部弯曲，f／霉Y＼、、；铁铁；线线；—I路!路：由于截面形心靠近下弦(距下弦中心仅为3．4m)，I^I^、．一．．、、．一，钢箱底板弯曲应力大于顶板。．，～⋯：／f(3)塔根受弯状态。塔根梁段和跨中梁段弯矩___⋯Vu：㈧，形式不同，钢箱底板弯曲应力大于顶板。由于节点单位：cm力的影响，跨中受弯和塔根受弯状态在节点前后截图

7、2箱桁组合截面面纵向应力有较大变化。3计算模型4计算结果该计算旨在研究下弦钢箱在活载作用下纵向应4．1轴向力状态力沿纵、横向的分布和变化规律，不是计算结构的实建立8节段模型，右端约束，左端上弦节点作用际应力，因此，计算不采用实际的恒活载数值，而是1对斜拉力模拟索力，下弦作用1对竖向力，平衡竖选择几个典型的受力状态，通过考察不同位置截面向力，使得梁段只受轴向力作用。为了查看不同位应力的不均匀分布特点，得到具有广泛适用性的一置处顶、底板应力在横向的