斜拉桥主塔钢混结合段受力分析研究.pdf

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1、桥梁工程器BridgeEngineering斜拉桥主塔钢混结合段受力分析研究曹永睿1，李艳花2(1．北京建达道桥咨询有限公司，北京100015；2．河南省濮阳市引黄工程管理处，河南濮阳457000)摘要：以某在建的2x130m独塔斜拉桥为例，研究了主塔下塔柱钢混结合段的构造和设置方法，并基于大型通用有限元分析程序ANSYS对该钢混结合段进行了空间有限元计算分析，研究了结合段处钢塔柱和混凝土塔柱间的应力传递情况和分布规律，取得了一些有价值的结果，为今后采用钢混结合段连接的主塔的设计与优化提供参考：关键词：斜拉桥；主塔钢混结合段；传力机理：有限元分析中图分类号：U448．2

2、7文献标志码：B文章编号：1009—7767(2013)04—0047—04StudyonForceAnalysisofSteel-concreteCompositeSegmentintheMainTowerofCable-stayedBridgeCaoYongrui，LiYanhua索塔是大跨径缆索桥梁最突出的构造物，因此其造型的美观与否是全桥景观设计的重点．同时索塔外形设计还要满足结构受力要求．并兼顾施工、造价等因素。由于钢材具有良好的受力性能和可焊接性．能满足主塔各种造型的需要。近年来钢制主塔得到了越来越多的应用。钢混结合段锚同技术被广泛应用于钢制主梁和混凝土主梁

3、岬1及钢制主塔和混凝土基础15卅的连接上。钢制主塔的基础一般均由混凝土制成，钢塔柱与混凝土基础的锚固连接部分在施工和运营阶段承受着巨大的荷载，是整座桥梁施工成败的关键部位。因此在钢混结合连接设计时需要采取可靠的构造措施，将2种不同性质的材料和结构进行充分的连接，保证荷载的有效传递、变形的一致协调，同时应具有良好的可靠性和施工性能。笔者以某在建的2x130m独塔斜拉桥为例．就主塔钢混结合段受力情况作如下分析。1工程背景某桥梁为2x130m预应力混凝土斜拉桥，主桥全长260m，全宽28．0m，采用独塔结构，结构整体为塔梁固结体系，过渡墩处设置竖向支座：斜拉索采用双索面双排扇

4、形布置。全桥共38根：斜拉索在混凝土主梁上采用齿板锚固．在索塔上采用钢锚箱锚固，张拉端设置在塔端。该桥基础采用承台加群桩的形式，承台形状为矩形，厚度4．5m，下接18根直径2m的桩基。主桥总体立面图如图l所示，主梁采用单箱5室等截面箱梁，材料为C50预应力混凝土，中心处梁高3．2m。顶面设置双向2％桥面横坡。主塔采用空间造型桥塔，纵桥向立面呈人字形．横桥向呈Y型。主塔采用钢混组合结构，塔柱白塔底至图1主桥总体立面图(crll塔顶依次为：17．2m混凝土塔柱、6．8m钢混结合段和82m钢塔柱。主塔钢塔柱采用变壁厚设计．变厚时保证塔壁外侧对齐。主塔壁板均采用板式加劲肋，钢塔

5、柱横向设置横隔板。塔柱断面采用带切角的四边形，主塔纵向两斜腿内边距为5m，外边距为12．7m；横向上部分斜腿水平宽3m，下方直线段宽4m。下塔柱材料为C50混凝土，桥塔两侧斜腿根部纵桥向间距为22m。2013年$4期(7一)931巷啼荭投术47器桥梁工程索塔立面布置图如冈2所示。1．!!!!．}嚣a)立面图7／妻萎＼＼＼、＼＼’＼：＼、＼宝、＼、、l＼勺／／lI＼、监／／’／／／．／／／／’／／，L／i>’／，——7／，7，，／／／--／／一,／I"——7／’／／／．——}f＼＼—it

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10、侧面图2主塔钢混结合段锚固方法研究由于该桥下塔柱纵向叉开。下塔柱的轴力在钢混结合段顶面的水平分力将引起钢塔柱与混凝土塔柱间的剪力。下塔柱与承台采用固结连接【7】，比较符合塔柱根部的受力特点，传力方式明确、维护工作简便易行。该桥有通航的需要，因此钢混结合段必须放置于水面之上．又因为主梁为混凝土材料且要与主塔固结，因此钢混结合面需要放置到桥面之上。设置锚固位置时考虑到施_T方便性和塔身弯矩最小的受力需要，最终将钢混结合面放置在距桥面6．8m处。该处位于主塔纵桥向分叉点之下，由钢制下塔柱和混凝土塔柱相结合。虽然锚固面做成倾斜的(垂直于塔柱轴线)可以有效解决轴力和水平力的传递问

11、题【61，锚固构造也相对简单，但由于该桥塔柱尺寸相对较小，塔身内力不是特别大。因此考虑到施工的方便性将混凝土塔柱顶面做成水平的，通过在承压板上开孔浇筑混凝土，这样可以使锚同面混凝土浇筑得更加密实。钢塔柱与混凝土塔柱之间可选择的连接方式包括螺杆锚固法、钢塔柱埋人法及以上2种方法的结合[8】二48啼荭投木2013No．4(Jul．)V01．31螺杆锚固法通过承压板与混凝土塔柱顶面传递压力，螺杆锚固承担由截面弯矩引起的拉力；而钢塔柱埋入法通过设置剪力连接件以混凝土受剪的方式传力。钢塔柱埋入时要求钢塔柱的混凝土有较大的尺寸来传力．该桥主塔因为造型